Chapter15第2节 传动轴系

1、第二节 传动轴系的布置(Arrangements for Driving Shafting）从曲轴动力输出端法兰到螺旋桨间的轴及其轴承统称为传动轴系，简称轴系。一传动轴系的组成、作用和工作条件1、轴系的组成 1）传动轴：推力轴、中间轴、尾轴； 2）轴承：推力轴承、中间轴承、尾轴承； 3）轴系附件：润滑、冷却、密封设备。 2、作用：将主机曲轴的动力矩传给螺旋桨，以克服螺旋桨在水中转动的阻力矩；同时又把螺旋桨产生的推力传给推力轴承，以克服船舶航行中阻力。 1）扭矩 M=9.55P/n10 (Nm) 式中P轴传递的功率,kw； n轴的转速，rpm。 2）推力 T=1.94PPp/V（KN） 式中PP

2、螺旋桨吸收的功率，kw； V船舶的航速，kn； p螺旋桨的效率。 3工作条件 1）轴承承受很大的扭矩和推力，扭矩产生扭应力，推力产生压应力（当正航时）； 2）自重产生弯曲应力； 3）附加应力，包括安装误差、船体变形、轴系扭振及纵横振动、螺旋桨不均匀水动力产生； 4）附加弯曲应力：风浪天中螺旋桨上下运动引起的； 5）轴与轴承摩擦造成磨损； 6）尾轴管轴承用海水润滑时还受到海水腐蚀。 4、对轴系的要求：足够的刚度和强度；传动损失少；对船体变形适应性好；工作中不产生扭振，纵横振；良好的密封、润滑和冷却；维护管理方便。二传动轴系的布置 1、轴线的布置 传动轴系通常由位于同一直线上的轴联接起来，这种位于

3、同一直线上的轴中心线称为轴线。商船轴线的数目一般不超过3根；远洋货船往往用1根，一些船速较快、经常进出港口的客船或集装箱船往往用2根。单桨船的轴线布置在纵中剖面上，双桨船的轴线常对称布置在两舷。由于机舱位置的不同，轴线的长度差别很大，尾部机舱的轴线较短，有的不用中间轴，而使推力轴直接和尾轴相连。船中机舱的中间轴段数目较多，轴线往往很长，这时在机舱和尾尖舱必须围成水密的走廊，以使轴系与货舱隔开。此水密走廊称为轴隧或地轴弄。 轴隧用水密门与机舱相通，水密门的开关应能两面操作并在机舱以外进行远距离操作。隧顶一般高2M以上，隧宽应能保证人行和检修。隧道的尾部一般设有逃生洞（孔）、此孔通过钢梯直通船尾甲

4、板，航行中逃生孔在尾甲板的水密门不应上锁，以便应急时使用。同时轴隧的尾部常留有较大空间，供存放备用尾轴及其专用工具和附件。 在主机位置和螺旋桨的位置确定后，轴线位置和长度便可决定。轴线首尾两个端点中，前面一个是主机功率输出端法兰中心，后面一个是螺旋桨中心。理想的轴线位置最好与船体的龙骨线（基线）平行，而在多轴线时，轴线还应保持与船纵中剖面相对称。但是理想的轴线难于实现，通常为保证螺旋桨有一定的沉深，不得不使轴线向尾部倾斜一定的角度，即单轴系：轴线与龙骨线不平行，一般倾斜角=0-5； 而双轴系船为保证双桨工作时不造成干扰，允许轴线在水平投影面上离开纵中剖面偏斜一个角度，即双轴系：除倾斜角外，双轴

5、线本身也不平行，一般偏斜角=0-3。 当轴线出现倾斜和偏斜时，螺旋桨输出的推力将受到损失，这一方面是由于螺旋桨推力与船舶运动方向不一致，另一方面轴线倾斜使轴系重量产生方向朝后的轴向分力而抵消了一部分推力。2轴承的位置 中间轴承是用来支承中间轴并给予径向定位的，每根中间轴多由一个中间轴承支承，少数也有两个的。中间轴承的位置、数量和间距对轴系工作的可靠性有很大影响，在轴系布置时必须考虑： 1）中间轴承应位于刚性较好位置。因当船体变形时，刚性不良将会造成轴承受到很大的附加负荷，轴承易发热和迅速磨损，甚至咬死。 2）中间轴承的间距和数量直接影响着轴承对轴线变形的牵制作用。由于船舶总是存在着船体变形和轴

6、承位置的安装误差，致使各轴承的实际中心线不在一条直线上，所以轴系在运转中，轴颈与轴承的接触处会产生附加轴承负荷，轴承的间距越小，它对轴线变形的牵制作用越大，附加负荷也就越大。因此为提高轴系对船体变形的适应性和增加轴系的柔性，轴承间距大一点好。 但是，轴承的间距也不能过大，否则过大的间距将使轴系的制造安装困难，轴的柔度过大将造成轴承负荷不均匀，还易使轴系产生回转和横向振动，而且这些振动的固有频率是随轴承跨距的增大而降低，容易造成在轴系的工作转速范围内出现临界转速。轴承的间距和中间轴直径有关，一般可由下列经验公式估算： 395.3d L 632.4 d 轴承的间距确定以后,布置轴承时应使轴承中心到

7、连接法兰端面的距离等于0.2L（0.18-0.22L处。第三节 传动轴系的结构Construction of Driving Shafting一、中间轴、推力轴、中间轴承和推力轴承1中间轴和推力轴 1）结构组成 由两端法兰、轴干、轴颈（推力环、甩油环）组成，轴颈比轴干大约5-20mm，磨损后有光车裕度，过渡处采用大圆角过渡。 2）材料：优质碳钢 3）分类：按法兰与轴的联接方式分为整锻法兰式、焊接法兰式、两端为锥体的连接螺纹式（装可拆卸联轴器）。 4）法兰联接螺栓：圆柱形螺栓（加工容易）、锥形螺栓（加工不容易，用得少，受力条件好，不容易松动，对中性好）。 5）连接螺栓受力：上紧时预紧力产生的拉应

8、力、传递扭矩时产生的剪应力；倒车时拉应力增大，附加拉力（安装不正、扭转振动、船体变形），是易损件，需有备件。 船规要求：连接螺栓中应有50%以上为紧配螺栓，对于小型船舶则至少4只，并要求紧配螺栓和其它螺栓相间排列。2、中间轴承 1）作用：为减少轴系挠度而设置的支撑点，承受中间轴的重量以及轴系变形和各种形式的运动造成的附加径向负荷。 2）分类： （1）按轴承形式分为：滑动式与滚动式（常用双列向心滚子轴承，用于小型船）； （2）按润滑方式分为：单油环式（小型船）、双油环式与油盘式（用于中大型船舶）。油环式通常无上轴瓦，过去双油环滑动式中间轴承为多见；油盘式中间轴承一般有上瓦，油盘紧固在轴上，装在后

9、部，目前则多采用固定油盘式中间轴承。 3）结构组成：下轴瓦上浇有巴氏合金，轴承座内部在轴瓦座下空间有润滑油池，油池底板与轴承座底板组成冷却水空间。轴承盖有凸肩下压轴瓦以防轴瓦转动，油环套在轴上，共有两个，靠摩擦作用将油带到轴的上部。轴承盖在装有挡油片，将油环上的油刮下均匀分布在轴颈上，由轴颈带入轴瓦，再经轴瓦两端流出落入油池。挡油环的高低是可调的，对油环起径向止动（限位）和轴向定位作用。 为防止滑油经轴承端部漏出，在轴颈的两端装有挡油圈，为两半式结构，用螺栓紧固在轴颈上，随轴一起转动，靠离心力作用将流到轴颈两端的油甩离轴颈，避免流向两端的轴封。轴承盖上部有观察盖板，用于检查油环和轴颈的工作面。

10、 4）材料：轴承座、盖一般为铸铁；轴瓦是铸钢或有色金属浇上巴氏合金；油环、挡油环、填料压盖一般为黄铜。 5）轴承间隙：按说明书规定检查与调整。或者取： 经验公式：=0.001d+0.10 lim=2.5 调整是靠轴承座与盖间的垫片来实现的。 6）常见故障：轴承发热（冷却水腔堵塞或船体变形、间隙不正、吃水差过大等）。3推力轴承 1）作用：将螺旋桨产生的推（拉）力通过尾轴、中间轴和推力轴作用到推力轴承上，并通过推力轴承传给船体，即传递推拉力；同时为轴系轴向定位；在曲轴和推力轴直接连接时也给曲轴轴向定位。 2）结构组成：由推力轴上推力环（盘）、推力环两端在2/3圆周上均匀布置6-9块扇形的推力块及推

11、力块背部的调整圈组成。推力块与推力环上浇有巴氏合金，调整圈用来调整推力轴承的间隙和柴油机曲轴与主轴承之间的轴向相对位置。推力块用压板限位，推力块与压板之间的间隙应经常检查。 3）工作原理（推力传递过程）：螺旋桨的推力推力环推力块调整圈轴承座（船体）；推力轴承工作中是在液体动力润滑条件下，靠轴的回转所建立的动力油压来传递推力的。 4）工作油：来自主机滑油系统，经喷嘴喷射到推力块和推力环之间，回油经推力轴承油池溢回主机曲轴箱。 5）规范要求： （1）在安装推力块时，调整圈应按如下要求进行调节：当推力环与正、倒车推力块之间各为1/2装配间隙时，靠近推力轴承的最后一个曲柄的中心线应向推力轴承方向偏移一

12、个规定的数值，以补偿曲轴在运转中的热膨胀，尽可能使各曲柄臂与主轴承之间的轴向间隙保持均等。 （2）推力环与推力块需经研配，要求均匀接触，接触面积在75%以上。二、尾轴 尾轴是穿过尾轴管伸出船尾的轴。在但单轴系船上它是轴系中最末一段轴，其首端与最后一个中间轴法兰相连，尾端安装螺旋桨，也称螺旋桨轴。 1、结构组成：法兰A（或可拆联轴器时带锥度前端有螺纹）、轴干B和D、轴颈C（最后一道中间轴承）、轴颈E（尾轴管总成、包括尾轴管本体、尾轴承、首尾密封）、锥形轴F（装螺旋桨的轴段，有键槽）和螺柱G。 2、材料：优质碳钢 3、法兰连接螺栓：紧配螺栓 4、水润滑尾轴管有防腐铜套：用于防止海水腐蚀和减少轴与轴

13、承磨损。分段组成，接缝处搭叠，红套后滚压辗平，防止海水漏入配合间隙，使轴遭受腐蚀。尾轴轴干裸露在海水中的部分，一般涂有玻璃钢保护层。 5、螺旋桨与尾轴联接方式 1）机械联接：锥面配合键连接，后螺母紧固，螺柱螺纹方向与螺旋桨正转方向相反，正车时自动锁紧，倒车时靠螺母外侧所设的防松片来防止松动。螺母外边设导流罩（水密），以减少螺旋桨水动力损失及防止螺纹锈蚀，用螺栓固定在桨毂上。 2）液压无键联接：螺旋桨装在轴上，用油泵将压力油送入使桨毂孔胀开，螺母内部装液压千斤顶送入压力油后推动螺旋桨前移，当达到规定位置后，先放桨毂压力油，后放千斤顶压力油，上紧螺母即可。 3）环氧树脂粘结：用于小型船，拆卸不便。

14、 6、常见故障 1）支承轴颈和密封轴颈处因间隙不合适、轴线不正、润滑不良等造成擦伤、过度磨损、烧伤和锈蚀； 2）红套处滑移或过盈不足造成裂纹； 3）锥形轴过度处和键槽处因疲劳、振动和撞击出现裂纹； 4）轴颈和轴干因密封不良而锈蚀。 三、尾轴管装置 1、组成：由尾轴管本体、尾轴承、密封装置、润滑冷却系统组成。由于尾轴管装置工作条件差、发生故障后果往往很严重、进行修理需要进船坞等特点，从设计、制造到管理各部门对它都特别注意。 2、作用：支承螺旋桨和尾轴的重量（尾轴承）；防止海水漏入船内、滑油漏入机舱或漏出船外（密封装置）。 3、尾轴管本体：尾轴管将船舶的尾尖舱和尾轴分开。 1）整体式尾轴管： 单轴

15、系常用，由铸钢、铸铁、球墨铸铁等材料制造，如图，它是由船内向船尾压入尾柱轴毂内，靠一定的装配过盈量固紧；还有的整体式尾轴管的尾部车有外螺纹，用大螺帽固紧。 2）连接式尾轴管：双轴系多用此结构，它分成几段加工后由螺栓连成一个整体，常用钢管、无缝钢管制造，本体内壁有铜衬套，用埋头螺钉紧固。 4、尾轴承 尾轴承是尾轴管装置中最重要的部分，分水润滑（铁梨木、桦木层压板、橡胶）和油润滑（白合金、滚动轴承）两大类。海船上应用最广泛的是铁梨木轴承和白合金轴承。1）铁梨木尾轴承 尾轴管本体前端用螺栓固定在尾尖舱壁上，后端用螺母固定在尾柱上，本体内压入铜套，铜套前后端压入铁梨木条，轴向用压盖压紧定位。轴承下部的

16、铁梨木条为立纹（耐磨耐压），上部为顺纹，铁梨木条之间开V型流水槽，以利于润滑冷却。 铁梨木条一般长150-300mm、宽60-80mm、厚20-35mm，为防止铁梨木的干裂与变形，对铁梨木的养护应特别注意。在加工时应每小时浇水两次，加工后应同样进行湿润养护。在镶入衬套前应在水中浸泡23周，镶入后应在衬套内孔浇水保护或用湿木屑塞满内孔。安装时需选择在温差变化小的时候进行，如阴天或晚上。铁梨木尾轴承的长度应不小于尾轴直径的4倍。 2）桦木层压板尾轴承 一般是切成单板后浸在酚酞树脂后组成板胚在高温下压制成板材。其结构简单、工作可靠、管理方便、不污染航区，但温度高于60或泥沙多时会加剧磨损。 3）橡胶

17、尾轴承：有条式（用于中大型船舶）和整体式（用于小型船）两种，采用硫化法在模具上压制，压制时加入金属铜芯条，以提高刚性和安装时进行定位。其优点是可吸收横向振动、工作平稳、无噪声；对泥沙适应性较好；不污染海区，管理方便。缺点是制造麻烦，对高低温适应性差，所含硫分对轴有腐蚀作用。 铁梨木、桦木层压板间隙经验公式： = 0.003d + (0.500.75) mm lim=4 铁梨木取大值；桦木层压板取小值。 橡胶尾轴承间隙经验公式： = 0.002d + (0.200.50) mm lim=4 整体式取小值；条式取大值。 4）白合金尾轴承：有首尾密封装置，轴承由青铜或黄铜、铸铁或铸钢在内表面浇上白合

18、金，轴承长度为螺旋桨轴轴径两倍。轴承衬套内表面沿纵向在水平位置上开两道布油槽，外表面在轴向与周向开有输油槽，水平面位置的内外油槽钻孔相通。滑油由设置在满载吃水线以上的重力油柜供应，以防海水浸入轴承。 间隙经验公式： = 0.001d + 0.50 mm lim=4 5）滚动式尾轴承：采用双列向心球面滚子轴承，尾轴首端采用可拆联轴器或液压联轴器。三、尾轴密封装置 尾轴和尾轴承之间按规定要留有一定的间隙，尾轴又处于水面以下，工作时需要润滑和冷却，因此为了防止舷外水沿尾轴流入船内及润滑油漏泄，在尾轴管中必须设置密封装置。密封装置按所处的位置不同，可分为首密封和尾密封。 对于油润滑尾轴承，其首密封装置

19、是用来阻止滑油漏入机舱内，而尾密封装置既阻止滑油外漏舷外，以免污染海域，又阻止舷外水内漏。对于水润滑尾轴承，仅设置首密封装置，用来控制尾轴承的冷却水量。 对密封装置的主要要求：工作可靠、耐磨性好、消耗的摩擦功小、散热性好，此外，还要求密封元件有很好的跟踪性，使其在尾轴下沉、跳动、轴向窜动及偏心转动时仍保持较好的密封性能。1、填料函式首密封 应用于水润滑式尾轴承的首密封装置。 阻止舷外水大量流入机舱是靠牛油填料，其用压盖压紧在垂直方向上可调节的填料函壳体，当尾轴承磨损而使尾轴下沉时，可调整填料函壳体，确保壳体与轴颈同心。有的填料函处设有牛油杯，填料内设分油杯。为防止泥沙沉积在首密封处和加强冷却一般设强力循环水系统。2、Simplex型密封装置 用于白合金尾轴承的首尾密封装置。 其材料为特种耐油橡胶圈，做首密封时，只有向后翻的两道密封圈，用于阻止滑油外漏机