船舶軸系與軸系布置設計

1、項目：軸系項目：軸系能力目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸能力目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸承間距、負荷計算方法。承間距、負荷計算方法。知識目標：掌握軸系的組成、任務以及軸系知識目標：掌握軸系的組成、任務以及軸系布置的設計原理。布置的設計原理。軸系的定義和任務軸系的定義和任務軸系是指主機的輸出端至螺旋槳之間的一整軸系是指主機的輸出端至螺旋槳之間的一整套設備，其任務是連接主機（推進機組）與套設備，其任務是連接主機（推進機組）與螺旋槳，將主機發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，螺旋槳，將主機發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，同時又將螺旋槳所產(chǎn)生的推力通過推力軸承同時又將螺旋槳所產(chǎn)生的推力通過推力軸承傳給船體，以實現(xiàn)

2、推進船舶的使命。傳給船體，以實現(xiàn)推進船舶的使命。 軸系的組成軸系的組成軸系的組成主要包括傳動軸（中間軸、推力軸、尾軸系的組成主要包括傳動軸（中間軸、推力軸、尾軸或螺旋槳軸等），軸承（中間軸承、推力軸承及軸或螺旋槳軸等），軸承（中間軸承、推力軸承及尾軸承等）以及軸系附件（剛性聯(lián)軸節(jié)、軸系制動尾軸承等）以及軸系附件（剛性聯(lián)軸節(jié)、軸系制動器、隔艙填料函等）等三個部分。器、隔艙填料函等）等三個部分。具體到各個船舶，其傳動軸的數(shù)目、組成、軸承及具體到各個船舶，其傳動軸的數(shù)目、組成、軸承及軸系附件的配置等可能會有所不同，這與船舶的大軸系附件的配置等可能會有所不同，這與船舶的大小、船型、船體線型、機艙位置以

3、及動力裝置型式小、船型、船體線型、機艙位置以及動力裝置型式等因素有關(guān)。例如有些船舶的軸系中沒有設置獨立等因素有關(guān)。例如有些船舶的軸系中沒有設置獨立的推力軸和推力軸承；有些軸線較短的船，可以不的推力軸和推力軸承；有些軸線較短的船，可以不設中間軸，而只用一根螺旋槳軸直接與主機的輸出設中間軸，而只用一根螺旋槳軸直接與主機的輸出法蘭相連。法蘭相連。 對軸系的要求對軸系的要求軸系的各傳動軸及主要部件必須滿足規(guī)范要求，有足夠的強軸系的各傳動軸及主要部件必須滿足規(guī)范要求，有足夠的強度和剛度，以保證軸系安全可靠運行，并有較長的使用壽命。度和剛度，以保證軸系安全可靠運行，并有較長的使用壽命。傳動軸和軸系附件盡量

4、采用標準化結(jié)構(gòu)。這不僅給制造、安傳動軸和軸系附件盡量采用標準化結(jié)構(gòu)。這不僅給制造、安裝以及維護帶來方便，還能縮短修造船周期、降低成本、提裝以及維護帶來方便，還能縮短修造船周期、降低成本、提高經(jīng)濟效益，而且對產(chǎn)品的質(zhì)量提供了可靠的保證。高經(jīng)濟效益，而且對產(chǎn)品的質(zhì)量提供了可靠的保證。 傳動損失小。正確選擇軸承數(shù)目、型式、布置位置和潤滑方傳動損失小。正確選擇軸承數(shù)目、型式、布置位置和潤滑方式，將傳動損失降底到最小限度，以提高推進效率。式，將傳動損失降底到最小限度，以提高推進效率。良好的抗振性能。為了保證船舶軸系在營運轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不產(chǎn)良好的抗振性能。為了保證船舶軸系在營運轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振和橫振共

5、振，必須在軸系設計階段進行振動臨界生扭轉(zhuǎn)共振和橫振共振，必須在軸系設計階段進行振動臨界轉(zhuǎn)速的計算。轉(zhuǎn)速的計算。對船體變形的敏感性小。船體變形會使軸承產(chǎn)生位移而導致對船體變形的敏感性小。船體變形會使軸承產(chǎn)生位移而導致軸系產(chǎn)生附加應力和附加負荷。軸系設計和布置時就要考慮軸系產(chǎn)生附加應力和附加負荷。軸系設計和布置時就要考慮使這種影響盡可能小一點。使這種影響盡可能小一點。良好的密封性，防止海水進入船艙和滑油的外漏。良好的密封性，防止海水進入船艙和滑油的外漏。重量尺寸要小。重量尺寸要小。項目：軸系布置設計項目：軸系布置設計能力目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸能力目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸承間距

6、、負荷計算方法。承間距、負荷計算方法。知識目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸知識目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸線確定中螺旋槳和主機布置的相關(guān)知識；掌線確定中螺旋槳和主機布置的相關(guān)知識；掌握軸承間距、負荷計算的相關(guān)知識。握軸承間距、負荷計算的相關(guān)知識。前言前言軸系布置設計內(nèi)容：軸線確定、軸段配置、軸承的軸系布置設計內(nèi)容：軸線確定、軸段配置、軸承的布置布置軸系布置設計的前提：船舶總體設計，包括船舶主軸系布置設計的前提：船舶總體設計，包括船舶主尺度、線型、總布置及結(jié)構(gòu)設計完成之后，機艙位尺度、線型、總布置及結(jié)構(gòu)設計完成之后，機艙位置、主機和螺旋槳選型已初步確定。置、主機和螺旋槳選型已初步確定。軸

7、系布置設計流程軸系布置設計流程首先確定軸線及軸段的配置；首先確定軸線及軸段的配置；再決定軸承位置和間距等，繪制相關(guān)草圖；再決定軸承位置和間距等，繪制相關(guān)草圖；在根據(jù)規(guī)范計算確定了基本軸徑、且軸的主在根據(jù)規(guī)范計算確定了基本軸徑、且軸的主要尺寸初步確定的前提下，即可進行軸系的要尺寸初步確定的前提下，即可進行軸系的強度校核。有些船舶軸系還要進行必要的振強度校核。有些船舶軸系還要進行必要的振動計算和合理校中計算；動計算和合理校中計算；然后進行軸系部件結(jié)構(gòu)設計及選型然后進行軸系部件結(jié)構(gòu)設計及選型;最后繪制軸系布置圖、尾軸尾管總圖及有關(guān)最后繪制軸系布置圖、尾軸尾管總圖及有關(guān)部件圖紙。部件圖紙。軸線的確定軸

8、線的確定主機（或推進機組）輸出法蘭中心與螺旋槳主機（或推進機組）輸出法蘭中心與螺旋槳中心的連線稱為軸線，也稱軸系理論中心線中心的連線稱為軸線，也稱軸系理論中心線。何為螺旋槳中心？何為螺旋槳中心？軸線的數(shù)目軸線的數(shù)目軸線的數(shù)目取決于船型、航行性能、生命力、主機軸線的數(shù)目取決于船型、航行性能、生命力、主機型式和數(shù)量、經(jīng)濟性、可靠性等因素。軸線的數(shù)目型式和數(shù)量、經(jīng)濟性、可靠性等因素。軸線的數(shù)目早在總體初步設計階段已決定。早在總體初步設計階段已決定。大型貨船、油船多采用單軸線；大型貨船、油船多采用單軸線；對于要求航速高、操縱靈活、機動性好、工作可靠，對于要求航速高、操縱靈活、機動性好、工作可靠，而吃水

9、受到一定限制的客船、拖船、集裝箱船及其而吃水受到一定限制的客船、拖船、集裝箱船及其他有特殊要求的船舶，多采用兩根軸線；他有特殊要求的船舶，多采用兩根軸線；軍船為了提高生命力、航速和機動性，多采用三根，軍船為了提高生命力、航速和機動性，多采用三根，甚至四根軸線。甚至四根軸線。 三峽游船幾根軸線三峽游船幾根軸線 ？軸線及軸段長度的確定軸線及軸段長度的確定軸線是一根線段，它的長度與位置決定于兩軸線是一根線段，它的長度與位置決定于兩個端點。前端點為主機（或推進機組）的輸個端點。前端點為主機（或推進機組）的輸出法蘭中心，后端點為螺旋槳的槳轂中心。出法蘭中心，后端點為螺旋槳的槳轂中心。在軸線總長度確定之后

10、，統(tǒng)籌考慮船體尾部在軸線總長度確定之后，統(tǒng)籌考慮船體尾部線型和結(jié)構(gòu)、隔艙壁位置、各軸承負荷情況、線型和結(jié)構(gòu)、隔艙壁位置、各軸承負荷情況、工廠的加工能力以及軸系在機艙內(nèi)的裝拆要工廠的加工能力以及軸系在機艙內(nèi)的裝拆要求等因素，決定螺旋槳軸、中間軸等傳動軸求等因素，決定螺旋槳軸、中間軸等傳動軸的配置及各軸段長度。的配置及各軸段長度。主機位置布置原則如下主機位置布置原則如下對稱布置：考慮到設備重量的平衡以及布置和操對稱布置：考慮到設備重量的平衡以及布置和操作的便利。作的便利。單軸系的軸線一般布置在船舶的縱中剖面上；單軸系的軸線一般布置在船舶的縱中剖面上；雙軸系的軸線一般對稱布置于船舶縱中剖面兩側(cè)，雙軸

11、系的軸線一般對稱布置于船舶縱中剖面兩側(cè)，即對稱布置在船舶兩舷；即對稱布置在船舶兩舷；三根軸系的船舶，一根布置在船舶的縱中剖面上，三根軸系的船舶，一根布置在船舶的縱中剖面上，其余兩根對稱布置在左右兩舷。多軸系的間距由船其余兩根對稱布置在左右兩舷。多軸系的間距由船舶總體設計確定。舶總體設計確定。軸線最好布置成與船體基線平行。軸線最好布置成與船體基線平行。當推進機組位置較高，而船舶吃水較淺時，為了保證螺旋槳當推進機組位置較高，而船舶吃水較淺時，為了保證螺旋槳的浸沒深度，不得不使軸線向尾部傾斜一定角度。軸線與基的浸沒深度，不得不使軸線向尾部傾斜一定角度。軸線與基線的夾角稱為線的夾角稱為傾角傾角。有些雙

12、軸系和多軸系的船舶，為了保證。有些雙軸系和多軸系的船舶，為了保證螺旋槳葉的邊緣離船殼外板有一定的間隙，或出于機槳布置螺旋槳葉的邊緣離船殼外板有一定的間隙，或出于機槳布置的需要，允許軸線在水平投影面上不與縱舯剖面平行，向外的需要，允許軸線在水平投影面上不與縱舯剖面平行，向外或向內(nèi)傾斜，形成夾角，稱為或向內(nèi)傾斜，形成夾角，稱為偏角偏角。當軸線出現(xiàn)傾角和偏角時，將使螺旋槳的推力受到損失，因當軸線出現(xiàn)傾角和偏角時，將使螺旋槳的推力受到損失，因此必須對傾角和偏角加以控制。此必須對傾角和偏角加以控制。一般將傾角控制在一般將傾角控制在05之內(nèi)，高速快艇軸線的傾角可放之內(nèi)，高速快艇軸線的傾角可放大到大到121

13、6；偏角則控制在；偏角則控制在03之內(nèi)。之內(nèi)。思考：為何高速船舶的傾角要放大？思考：為何高速船舶的傾角要放大？主機應盡量靠近機艙后艙壁布置，以縮短軸主機應盡量靠近機艙后艙壁布置，以縮短軸線長度。線長度。應考慮主機左、右、前、底與上部空間是否應考慮主機左、右、前、底與上部空間是否滿足船舶規(guī)范，另外還需要考慮拆裝與維修要滿足船舶規(guī)范，另外還需要考慮拆裝與維修要求以及吊缸的高度是否足夠等因素。比如高度求以及吊缸的高度是否足夠等因素。比如高度方向，一般應使主機的油底殼不碰到船的雙層方向，一般應使主機的油底殼不碰到船的雙層底或肋骨，并使它們之間留有向隙，還應留出底或肋骨，并使它們之間留有向隙，還應留出油

14、底殼放油所需的操作高度。油底殼放油所需的操作高度。 螺旋槳的布置與定位螺旋槳的布置與定位螺旋槳的布置與定位由船體總體設計決定，其原則是保證螺螺旋槳的布置與定位由船體總體設計決定，其原則是保證螺旋槳可靠而有效地工作。旋槳可靠而有效地工作。螺旋槳應有一定的浸沒深度。單槳船的浸沒深度螺旋槳應有一定的浸沒深度。單槳船的浸沒深度e=（0.25-0.30）d，雙槳船的浸沒深度，雙槳船的浸沒深度e=（0.4-0.5）d。d為為螺旋槳直徑；螺旋槳直徑；螺旋槳不應超出船體中部輪廓之外；螺旋槳不應超出船體中部輪廓之外；葉梢應盡量高于船體基線以避免螺旋槳在淺水區(qū)域航行時葉梢應盡量高于船體基線以避免螺旋槳在淺水區(qū)域航

15、行時被碰壞；被碰壞；葉梢與尾柱距離葉梢與尾柱距離d不能太小，否則受葉梢處的高速水流沖不能太小，否則受葉梢處的高速水流沖刷，尾柱易被浸蝕；刷，尾柱易被浸蝕； 槳和舵葉之間也要留有一定間隙；槳和舵葉之間也要留有一定間隙；螺旋槳和船體外板間距螺旋槳和船體外板間距c不應太小，以免造成船體的振動不應太小，以免造成船體的振動及不必要的附加阻力。及不必要的附加阻力。 軸承的設置軸承的設置軸承數(shù)目、間距的大小和位置安排，對軸的彎曲軸承數(shù)目、間距的大小和位置安排，對軸的彎曲變形、應力和軸承的工作狀態(tài)均有很大的影響。變形、應力和軸承的工作狀態(tài)均有很大的影響。若處理不當，會使軸承負荷不均勻，造成發(fā)熱和若處理不當，會

16、使軸承負荷不均勻，造成發(fā)熱和加速磨損，從而影響軸系運轉(zhuǎn)的可靠性。加速磨損，從而影響軸系運轉(zhuǎn)的可靠性。軸承的數(shù)量軸承的數(shù)量螺旋槳軸一般設兩道軸承。如果螺旋槳軸過長（如螺旋槳軸一般設兩道軸承。如果螺旋槳軸過長（如雙軸系船），也可以設三道軸承。對于一些軸線非雙軸系船），也可以設三道軸承。對于一些軸線非常短的單機單槳尾機型船舶，其螺旋槳軸前軸承甚常短的單機單槳尾機型船舶，其螺旋槳軸前軸承甚至可以取消，即只設一道軸承。至可以取消，即只設一道軸承。每根中間軸一般只設一道中間軸承，因為減少軸承每根中間軸一般只設一道中間軸承，因為減少軸承數(shù)量會降低軸系變形牽制和軸承附加負荷，使船體數(shù)量會降低軸系變形牽制和軸承

17、附加負荷，使船體變形對軸系的影響減弱，對軸系工作有利。一些很變形對軸系的影響減弱，對軸系工作有利。一些很短的中間軸甚至不設中間軸承。如果中間軸過長，短的中間軸甚至不設中間軸承。如果中間軸過長，也可以設兩道中間軸承。也可以設兩道中間軸承。軸承的間距軸承的間距中間軸承最小間距：中間軸承最小間距：lmin=24.9d2/3 (cm) 式中：式中：d軸徑，軸徑，cm緣由：中間軸承底座通過螺栓與船體剛性緣由：中間軸承底座通過螺栓與船體剛性連接，船體因受水壓、裝載等因素影響而連接，船體因受水壓、裝載等因素影響而產(chǎn)生變形（尤其垂向），軸承隨之變位，產(chǎn)生變形（尤其垂向），軸承隨之變位，從而產(chǎn)生附加負荷。當變位

18、量一定時，從而產(chǎn)生附加負荷。當變位量一定時，軸承間距愈小，當軸承變位時，它對軸線軸承間距愈小，當軸承變位時，它對軸線的牽制作用愈大，其附加負荷也愈大，故的牽制作用愈大，其附加負荷也愈大，故軸承的間距太小是不利的，應對它有所限軸承的間距太小是不利的，應對它有所限制。制。 中間軸承最大間距：中間軸承最大間距：lmax=7785 (mm)緣由：加大軸承間距可以減小軸承的附加負緣由：加大軸承間距可以減小軸承的附加負荷，但軸承間距要受到下列因素的限制：荷，但軸承間距要受到下列因素的限制：軸系臨界轉(zhuǎn)速的限制。軸承跨距過大，易軸系臨界轉(zhuǎn)速的限制。軸承跨距過大，易產(chǎn)生軸系的回轉(zhuǎn)振動和橫向振動。產(chǎn)生軸系的回轉(zhuǎn)振

19、動和橫向振動。比壓和撓度的限制。增大軸承跨距，減少比壓和撓度的限制。增大軸承跨距，減少軸承數(shù)量，使軸承比壓增加，撓度增加，同軸承數(shù)量，使軸承比壓增加，撓度增加，同時造成軸承負荷的不均勻性。時造成軸承負荷的不均勻性。工藝條件的限制。增大軸承跨距給軸系的工藝條件的限制。增大軸承跨距給軸系的制造和安裝帶來困難。制造和安裝帶來困難。 關(guān)于軸承最大間距，各國規(guī)范有不同的規(guī)定，關(guān)于軸承最大間距，各國規(guī)范有不同的規(guī)定，如如gl的推薦公式是的推薦公式是：lmax=k1d (mm) 式中：式中：d軸承間直徑（軸承間直徑（mm）；）；k1=450（油（油潤滑白合金軸承）、潤滑白合金軸承）、280（油脂潤滑灰鑄鐵（

20、油脂潤滑灰鑄鐵軸承）、軸承）、280350（水潤滑橡膠軸承、軸支（水潤滑橡膠軸承、軸支架）架）當轉(zhuǎn)速當轉(zhuǎn)速350r/min時時: lmax=k2d /n 式中：式中：n軸轉(zhuǎn)速，軸轉(zhuǎn)速，r/min；k2=8400（油潤（油潤滑白合金軸承）、滑白合金軸承）、5200（油脂潤滑灰鑄鐵軸（油脂潤滑灰鑄鐵軸承、水潤滑與軸支架橡膠軸承、）承、水潤滑與軸支架橡膠軸承、） 尾軸承的間距尾軸承的間距l(xiāng)/d值推薦采用以下數(shù)據(jù)值推薦采用以下數(shù)據(jù)（經(jīng)驗值）（經(jīng)驗值）當當d=400650mm時時 l/d12當當d=230400mm時時 l/d1425當當d80230mm時時 l/d1640某些尾機型船舶，因受到空間位置

21、限制，允某些尾機型船舶，因受到空間位置限制，允許許l/d值小于上述數(shù)據(jù)。值小于上述數(shù)據(jù)。軸承的位置軸承的位置軸承應安裝在船體結(jié)構(gòu)較強、變形相對較小的部位。中間軸承多安裝在靠近法蘭處。l/5l連接法蘭中間軸承中間軸軸承負荷軸承負荷軸承負荷的大小用軸承比壓軸承負荷的大小用軸承比壓p表示表示 p=r/dl （n/mm） 式中：式中：r軸承負荷，軸承負荷，n； d軸頸直徑，軸頸直徑，m； l軸承長度，軸承長度，m。各軸承的比壓在許用范圍之內(nèi)，并力求使各軸承各軸承的比壓在許用范圍之內(nèi)，并力求使各軸承的負荷均勻。的負荷均勻。如軸承負荷過重，超過了許用比壓，將導致軸承迅如軸承負荷過重，超過了許用比壓，將導致

22、軸承迅速磨損、發(fā)熱及其他事故。遇到這種情況，不能輕速磨損、發(fā)熱及其他事故。遇到這種情況，不能輕易用加大軸承長度的方法來降低比壓，一般可采用易用加大軸承長度的方法來降低比壓，一般可采用減小軸承間距、降低軸承高度的方法。減小軸承間距、降低軸承高度的方法。軸承負荷過小，甚至出現(xiàn)零值或負值，也是不允許軸承負荷過小，甚至出現(xiàn)零值或負值，也是不允許的，這不僅影響軸承的正常工作，而且造成鄰近軸的，這不僅影響軸承的正常工作，而且造成鄰近軸承負荷過重。這是因為當軸承負荷為零值或負值時，承負荷過重。這是因為當軸承負荷為零值或負值時，軸段與下軸瓦脫離，這樣，一方面使計算的負荷與軸段與下軸瓦脫離，這樣，一方面使計算的負荷與實際不符，另一方面影響橫向振動的頻