第二章 船舶轴系的组成与设计.pdf

第二章船舶轴系的组成与设计 2-1概述2-2轴系的布置设计2-3传动轴的规范计算及强度校核2-4传动轴的结构设计2-5中间轴承与推力轴承 2-6尾轴管装置 2-1概述、船舶轴系的任务、含义与组成任务:将主机的功率传给螺旋桨,又将螺旋桨所产生的推 传给船体,以实现推进船舶的使命。组成:传动轴（中间轴、螺旋桨轴、推力轴及连接轴与轴 用的联轴器）,轴承（中间轴承、推力轴承及尾轴 承）,以及其他附件等。口左一一 4bL8-1 塩1 2 5 3 T5|7 5 6V图21轴系组成简图主机;2推力轴;3推力轴系;4.中间轴;5.隔舱填料涵;6.中间轴承;7螺旋桨轴;8一尾管支承;9.尾管;10一人字架;1 旋桨貞2.尾轴油柜;13一尾轴润滑油泵;14进油管;15.回油管图中为直接传动主机。如用高速不可反转主机,其后面须 设传动设备,即离合器和齿轮箱。（1）推力轴:它前端有法兰与主扭曲输出法兰相连接,其后端的法兰与中间轴法兰相连。（2）推力轴承:用以承受推进器通过推力轴传递来的推力,并通过它将推力传给船体。（3）隔舱填料函:用以保持轴系穿过水密隔舱处的水密（4）中间轴承:主要用来承受中间轴的径向负荷和重量。（5）尾管:用来支承尾轴承和螺旋轴,螺旋桨轴的密封 元件也装在管中,用以封水封油。（6）润滑系统:用来提供并保证尾轴承中滑油的供应。（7）制动器:常装在中间轴联轴器的外上,用来使轴 制动。（8）冷却管路:给尾轴管、中间轴承、推力轴承供给冷却水。轴系的多节性传动轴较长,有的达100m以上。对于这样长的轴系,如果只用一整根轴,是难和不方便的,且没有必要。为了加工、制造、运输、拆装方便,常常把传动轴分为许多节,并用数个联轴器将各节轴段连接起来组合而成。轴系的工作条件和要求1、工作条件:由于轴系位于水线以下,一部分轴系长期浸泡在水中,工作 条件恶劣,受复杂;同时还受到船体变形、装载等的 影响。如果轴系设计布置或安装不当,往往会导致轴系摩擦部位发热、剧烈的磨损,甚至发生断轴事故。2、轴系的要求轴系应保证在船舶橫候15 横接22.5。纵做5。纵摆10时以及上述几种情况同时发生时能可靠的运行。1）工作可靠且有较长的使用寿命。有足够的强度和刚度,满足规范要求,保证轴系在各种恶劣的载荷情况下不致发生变形或断,使其在运行中安全可靠,并有较长使用 寿命。2）尽量采用标准化结构。在满足工作需要的基 上,应尽量采 用标准化结构。这不仅给制造安装带来方便,还能缩短造 船 期、降 制造成本、提高经济效,而且对产 的 质量提供了可靠的保证。3）传动损失小。在轴系设计时,要正确选择轴承数目、布置位 置和润滑方式,将传动损失降 到最小限度,以提高推 进效率。4）良好的抗振性能。保证轴系在营运转速范围内不产生扭转 共振和横振共振,进行振动临界转速的计算。5）对船体变形的敏感性小。因船体变形使轴系各支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以减少传动损失 延长轴系寿命。6）良好的密封性。选择性能良好的密封装置,既要防止海水对轴系的腐蚀,又要防止滑油的外漏而污海环。7）重量尺寸要小。缩小轴系的重量尺寸,以 出更多 间来装载货物或作其他用,对提高船舶的运行经济性也好 处。2-2轴系的布置设计布置设计思路:通过布置确定轴系长度,决定轴承位置和间距等。根据规范计算确定基本轴径 进行轴系的强度校核。有些大型船舶轴系还要进行必要的振动计算和合理校中计 算。轴系部件进行结构设计及选型,最后绘制轴系布置图、尾轴尾管总图及有关部件图纸。、轴线的数目、长度、位置及布置轴线:发动机曲轴中心或减速器中心与螺旋桨中心的连线称为 轴线,也称轴系理论中心线。（一般轴线由多段位于同一直线的轴相互连接而成）取决于船舶的类型、航行性能、生命力、主机型式和数量、经济性、可靠性。轴线数目早在总体初步设计阶段已决定（二）轴线及轴段长度的确定 轴线的基本长度L二首部端点为主机（或齿轮箱）的功 率输出法兰的中心,尾部端点为螺旋桨的中心。段长度:在轴线总长度确定之后,根据船体尾部线型、隔舱壁位置、各轴承比压、工厂的加工能力及轴系在机舱内装拆要求,决定螺旋桨轴及中间轴长度。（三）轴线的位置单轴系的轴线:常布置在船舶的纵中剖面上;双轴系的轴线:对称布置在船舶两舷;三根轴系:根布置在船舶的纵中剖面上,其 两根对称布 置在机舱 两舷。主机功率有效地转变为螺旋桨推力的措施?轴线最好布置成与基线平行;双轴系和多轴系的船舶中,最好将轴线布置成与船舶纵肿剖面相平行和对称。单轴系的安装1）对短轴系（如尾机舱型）,应注意螺旋桨抽出方案（包括抽出所需空间位置）。一般考虑在船内抽 出,船内抽出不可能时,则向船外抽出。螺旋桨轴如向船内抽出,则需考虑抽出空间,螺旋 桨轴可用整锻法兰;向船外抽出时,螺旋桨轴应使用可拆式联轴节。单轴系要注意轴承间距 和校屮计算,尤其是尾管前后轴承的负荷分配。每一根屮间轴一般只设个屮间轴承,对极 短屮间轴可不设屮间轴承。则应注意轴1)双轴系安装2)3)轴承间距与轴径比1/d较大时,特 别要注意回旋振动;注意轴线与基线及纵中心线的夹 角,从而考虑推进分量和主机的允 许倾斜度;螺旋桨轴大部分在船体外,应注意 防腐蚀。轴线数目a单釉线5双轴线5小艇或快艇可达12-1603。由首尾两基准点位置确定,当主机和螺旋桨位置确定后,轴线位置就随之而定。1、主机位置主机布置高度:使主机（或齿 轮箱）的油壳不碰到船 的双层或骨,并使它 间有间隙,还应出油壳油所需的作 高度。2、螺旋桨的位置螺旋桨的位置一般由船体设计人 确定。船体壳板产生振 动的原因之一,是螺旋桨 与船体外板没有足够的间隙,致使螺旋桨在运转时水流冲击外板造成的。1）螺旋桨应浸入水中有一 定的深度（单桨船e=（0.25-0.30）05双桨船 e二（0.4-0.52;隧道船例 外。其中巳为水线至桨上 叶梢距离,D为螺旋桨的 直径）。2）螺旋桨边缘一般不超过 船中部轮廓之外。3）螺旋桨的叶梢与船体间 的最小间隙保持一定范围 之内二、轴承的位置、数目和间距1、轴承位置的确定 轴承破坏原因:轴承中各支承轴承均与船体刚性连接,所以船体的变形将引起轴承的径向位移,这种位移会使轴承的负荷增加许多倍甚至十几倍,致使轴承处产生剧烈的磨损、发热,甚至咬死烧坏。当传动轴在支承轴承中运转时,船壳因受水压、装载等因素影响而产生变形,中央的轴承因船壳的变形而产生径向位移,其轴承的附加负荷将显著增加,而两侧轴承因靠 近隔舱壁（船壳刚性相对较好）变形较小,附加负荷也较 小。1-轴承端盖输出轴滚动轴承一减速器壳体齿轮隔套轴承端盖密封圈一半联轴器1 圈11-紧固螺为了减小船体变形对轴承的影响,可采取措施?将中间轴承布置于隔舱壁附近,些小船的中间轴承可直接布置于隔舱壁上。(2)采用自动整位式球面轴承或向心球面轴承。(3)缩短轴瓦长度。(4)采用挠性联轴节。轴承的轴向位置还与各轴承负荷的均匀程度有关。特别是在需进行合理校中的轴系中,为取得校中的满意结果,为使影响系数尽可能小,在布置时应对轴承的轴向位置作多方案的计算和论证。为什么直线布置轴系对大型尾部机舱、短轴系的船舶是不合适的?由于大型船舶螺旋桨较重,致使尾管尾部轴承的负荷过大,超过尾管轴承材料许用比压。而尾管首部轴承的负荷又过小,甚至出现负值,其他各轴承负荷 也会出现严重不均现象。为了使各档轴承负荷分配均匀,对轴系常常采用曲线安装方法,即通过各中间轴承高低位置的升降调节,将轴系布置成光滑 曲线状态。这时轴承和高低位置就要根据计算结果 来确定。2、中间轴承的数目和数目为什么用增加轴承数目、减小轴间距来减小轴系的变形量和轴承负荷,这种想法和做法是错误的?实践证明:目前绝大多数船舶已从每节两个轴承减到个。适当减少支承点会增加轴承弯矩,但轴系变形牵制减少,轴系附加负荷减少,船体变形对轴系影响相应减少,对轴系工作有利。轴系间距确定原则:在进行轴系布置时,应求使两轴承的跨距L Lmin,以减小轴承的附加负荷,但轴承的跨距也 不宜太大,跨距增大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。(2)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。(3)艺条件的限制。增大轴承跨距给轴系的制造和安装带来难,特别是轴系安装校中时,要增加临时支承,以保 持轴系的稳定性。为什么轴系必须使各轴承的比压在许可范围内,并力求使各轴承的负荷均匀?如何控制?一旦轴承发生负荷过重,超过了许用比压,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,一般采用减小轴承间距、降低轴承的高度和比压;轴承负荷过小,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 情况。三、轴系布置设计的其他问题1、轴承负荷的分配和调整轴承负荷比压过大或过小都是不适宜的。理想的状态是使各道轴承比压值大致相等。我国1 8 制订的钢 质海船建造规范规定特殊情况每个轴承所受的正 压应不小于相邻两跨轴重量202、中间轴承和尾轴管的后轴承支承反位置有何区别?中间轴承不很长（约0.8倍轴径）,一般轴颈和轴承接触比较均匀,故其接触压常用平均比压表示,其 支承反位置也取轴承中点。但 对尾轴管的后轴承,由于受到螺 旋桨悬臂力矩的作用,其受力情 况是不均匀的,后端轴承负荷较 重,支反力的位置也相应后移。如果木质或橡皮轴承长度为Z,那么其支点到轴承后端的距离常假定为J1u或者取 0.5 0.8）4如上图长轴系,轴径在中间轴承支座布置图4之间,有三根连在一起的等直径中间轴,每根轴分别由一个中间轴承所支承,各轴承的跨距与各轴的长度相等为,已最大轴承许用比压取.,轴承长度取轴径亍 T0,&Z1的.倍求两轴承最大间距式中:a-中间轴直径,cm；I-两轴承间距,cnu7轴的重度,取X=0.O769N/cm由上式可求得中间轴承比压作为决定轴承跨距的表达式:粤.I W 778.5 cm即,2-3传动轴的规范计算及强度校核、传动轴的基本轴径计算在进行船舶轴系设计时,传动轴的基本直径匀按有关船舶建造规范进行计算,必要时再作强度校核予已补 充。用何种规范作为船舶设计建造的依据,除了考虑船舶 的性质、航区等因素外,还要征得订货部门的意见。为国外货主建造船舶,要用世界多数国家认可的劳氏 规范及货主国规范。船舶建造规范的的性质1）它是强制性的法规性 件,不符合规范要求的船舶,就 认为不合格,不能营运。2）规范中的计算公式必定是可靠的,有 性的,它既有理 论根据,又是长期实践经验的总结。3）规范中的公式是经过简化了的。许多须考虑的因素均用系 数来表达,使用方便。4）具有不同种类的规范区域划分:各个国家或地区自 的规范和相应的计算公式用途划分:各种船舶级别、航区、用途的规范,如钢质海船 人级与建造规范、长水系钢船建造规范、长 水系小型钢船建造规范、海 艇建造规范等。规范的共同性:不同的规范有不同的计算轴径的公式和规定,但其共同特点是以中间轴为基本轴径（系数C=l）,以静强度为计算基。根据材料力的基本原理,以轴在额定工况时传递主机功率的平均扭矩所产生的扭应,应小于或等于 轴材料的许用扭应（剪切）,并考虑些经验数据而推 导出来的。为什么以中间轴为基本轴径（系数C=l）?与其他轴相比,中间轴的负荷最简单,以其作为计算其 他轴径的基,就可大大简化规范公式。所以,在确定了中间轴直径以后,推力轴、螺旋桨轴的直径是在中间轴直径基 上,增加一个 分比求得。17 W=東（2-3-1）式中:rs轴材料的剪切屈服强度;的安全系数。Mn qT=N/cn?（2-3-2）武Mn 二 Cl N cm（2-3-3）将上式代入式（2-3-3）,经整理后得中间轴直径的计算基本公式dncRHi（2-3-4）式中:Pn主机额定功率;中间轴转速;C系数,与船舶航区主机型式有关;d中间轴基本轴径。圆柚木移时殲截而上的唯感已知:P=7.5kW,z?=100i7min,许用切应 t=0 P,空心轴的外径=0.50心轴的径&和空心轴的外径。九 X 40 X 106（一）按!989年钢质海船入级与建造规范中有关规定计算1.轴的直径d应不小于下式计算值我国规范轴的基d=100c608%+176.5mm本直径d计算值（二）按1996年钢质内河船舶建造规范计算1.中间轴直径中间轴直径的算应不小于下式计算值式中:/VnKdz=9%,柴油机的额定功率,kW；中间轴的额定转速力/min;材料修正系数,可按式（2-3.8）计算;材料的抗拉强度。570，b+157（三）按1973年长江水系小船规范计算对于内河航运垂线间长度不超过30m,主机单机功率不超过220.6kW的小型钢船,均按下 式与规定计算传动轴轴径。1.中间轴的最小直径dz 1.1K c(2-3-11)式中:dz-中间轴直径,mm;Pn柴油机额定功率,kW；系数,按表2-3-2选取;传动轴的强度校核传动轴在工作时,同时受到扭转、弯曲和压缩三种负荷,不仅承受静载荷,而且还有附加动载荷作用。目前国内外主要根据规范公式计算轴径,而主要依据扭矩,即以轴在额定工况时传递的平均扭矩所产生的扭应应小于或等于许用扭转应,并考虑些经验数据推导 出来的。而没有明确考虑扭转、弯曲、压缩三种负荷的 综合作用。为了反映实际受力情况,以及对规范公式计 算出的轴径作进步校核,有必要对传动轴的强度进行 计算和校核。（一）中间轴的强度校核（二）螺旋桨轴的强度校核（三）联轴器的强度校核（一）中间轴的强度校核1.由主机扭矩引起的扭应.由螺旋桨推所产生的压缩应3.由中间轴重量所产生弯曲应4.由安装误引起的附加弯曲应.合成应,根据强度计算合成应24传动轴的结构设计任务、组成及要求传动轴的任务,是连接主机（齿轮箱）输出法兰和螺旋桨的,将主机的输出功率传递给螺旋桨。螺旋桨与螺旋桨轴的联接形式:、中间轴与推力轴图2-4-10中间轴的结构形式1螺纹部分;2键槽;3锥体;4加粗部分;5轴干;6.轴颈;7法兰2-5中间轴承与推力轴承，中间轴承中间轴承是用来支承中间轴,以及为了减少轴系挠度而设置的支承点。按基本结构及摩擦形式:滑动轴承和滚动轴承除承受中间轴本身重量之外,还承受因其变形或迥转运动而产生的径向负荷。除少数小船及尾部机舱不设中间轴的短轴系之外,般船舶均设中间轴承。（一）滑动式中间轴承1、滑动式中间轴承结构滑动式中间轴承的轴衬（轴瓦）有自合金,为了减少轴颈与轴瓦之间的接触摩擦,必在两者之间供给适量的润滑油。良好不仅起减摩作用,还起到散热和冲击的作用。按润滑的方式主要有单油环、双油环及油盘式三种类型。1）单油环中间轴承图25-1单油环中间轴承1轴承座;2-轴承盖;3填料;4油环;5-轴瓦;6-盖板;7刮油器;8.量油尺;9起重吊环;10甩油环油环4的直径比轴颈要大,轴旋转时随轴起转动。油环与轴非机械连接而是靠摩擦转动,故环的角速度要比轴慢;由于环的下部浸在油中,油池中的滑油就被转动着的油环带到轴颈的上部,再由 油器将油 下,并使滑油沿着轴表面均匀分布。主要适合小型船舶应用。2）双油环中间轴承1 2 3 4图2-5-2双油环中间轴承1甩油环;2油环;3轴承盖;4压盖;5轴瓦对于中型船舶,轴承相对较长,为了改善其润滑质量,一般 采用双油环。油环式中间轴承的适应性:油环式中间轴承,其轴承座与轴承盖、轴瓦、油环以及甩油环都是采用剖分式,以利于拆装。经一定时间使用,发现轴瓦上的白合金磨损已超 过规定限度时,只需更换轴瓦,而不必更换整个轴承。这种轴承比较简单,只适用于连续稳定运行的轴上。由于油环与轴非机械连接而是靠摩擦转动,所以环的角速度要比轴慢,当船舶低速航行或进出港工况变化频繁时,特别柴油机转速低于50.60 min时,情况更为恶劣,润 滑的可靠性不能保证,影响轴颈与轴瓦处的润滑和轴颈 的工作,因而这种轴承主要适用于中小型船舶。3）油盘式中间轴承图2-5-3油盘式中间轴承1-轴承盖;2.油盘;3轴承座;4.冷却水腔;5.油位计;6.刮油器一般:油盘宜装在轴承的尾部;油盘开口方向向前。了滑环式中间轴承油环 在低转速时跟随性的缺 点。这种轴承在轴瓦侧 装有供轴承润滑用的固定 式油盘2,故称为油盘式 中间轴承。运行时,油盘 可跟轴起迥转,将油池 中的油带到上面,使滑油 能沿轴向分布在需要润滑 的轴颈上,因此,这种轴 承在柴油机低转速工作时 润滑效果较好。2.滑动式中间轴承技术参数的选择和润滑性能校核 1)主要结构参数的选择(1)轴承间隙:轴承间隙轴承孔径D和轴颈直径d的 值,=D-d白合金中间轴承间隙可用下式计算=.Old+0.10其极限间隙j=2.5A表2.51所列安装间隙适用于转速 150r/min的中间轴承:当=150 350r/min,应增 大 0.04 0.06mm;当几=350 750r/min,间隙应增大 0.06-0.10mmo对于铸钢材料的轴瓦或本体,白合金厚度允许按上表2-5-1的规定值减薄20%轴承间隙是滑动轴承的项重要技术参数。通常,轴承间隙越小,承载能力和回转精度越高,但安装要求也高,滑油流量小,轴承易发热,使油温增大;反之,轴承间隙越大,承载能力和回转精度趋于下降,但可增大润滑油流量,降低轴承温度,并可降低安装要求。(2)长径比:按轴瓦长度L和轴径d的比值。轴瓦长度L与轴承单位面积的承载能力(即比压)有关。轴瓦长度L选取原则:一般在满足比压的前提下,推 选用较小的L值。L太长,因轴的精度、船体变形所产生的轴承位移,以及安装误 引起的较大附加负荷和附加应,导致轴瓦两端更早磨损 Z选得过小,则承载能力可能不够,同时滑油易从两端溢出,不利润滑。通常建议取0.7.0.8 为宜。(3)其他结构尺寸。中间轴承选型先按规范确定中间轴的基本轴径,经强度校核合格后,根据中间轴的结构特点决定中间轴轴颈的尺寸。决定中间轴轴颈尺寸可查阅表2.5.2。如采用非标准轴颈直径,选配不到相应尺寸的中间轴承。确定了轴承直径长度后,查阅中间轴承GB标准,并根据转速、载荷情况,确定中间轴承的型式(如滑环式、油盘式 等)。中间轴承的其他结构尺寸参数全部根据标准确定。2）承载及润滑性能校核（1）承载能力校核。承载能般用比压 切校核。为了 不使滑油在工作时被挤出,或因轴瓦长度L不够使比压太 高,使轴承发热和磨损,轴承比压 力应满足下列要求力=另 5g.8N/cm2式中，尸一轴承的载荷,N；d轴承的轴颈,cm/L轴承的工作长度,。m.!i合金尾管轴本7）1 w（）.49 1Pa;中间轴承.0,588 MPa;H推力轴承.Jp W 2.744 MPa;H成速器大齿轮轴承“（）.X MPa （2）最小油膜厚度校核。中间轴和中间轴承的油膜厚度,必须满足以下条件,才能保证轴承处于良好的液体摩擦 状态妬厶）式中J分别为轴颈和轴瓦加工表面的粗糙度,按机修手册有关部分选取,K考虑到表面几何形状不准璃和零件变形的工作可靠系数,-般取（3）轴承工作时的温度升高度（增加部分）对于釉转速较高的轴承,除限制其比压外,还必须限制轴承的温度不超过许用值,具体校 验方法参考机修手册有关部分。中间滑动轴承其温度一般不超过60tC,油环式滑动轴承限制 使用浅速度为3m;油盘式滑动轴承限制使用线速度为8m/s。（二）滚动式中间轴承1、结构类型船用中间轴承使用较多的是双列调心球面滚子轴承（GB287-81）图2-5-4双列向心球面滚子轴承1 加油孔;2.导向环;3-轴承盖;4.滚子;5螺母;6锥形紧定套;7填料;8压盖;9一端盖;10 键;11 轴承座为便于安装,一般要求带有紧定套（图中6）,并预先将导向环2与滚动 轴承配制。安装时,将紧定套6的内孔通过螺母5锁紧于轴颈上,使之随轴起回转。滚动轴承4的外圈与件2为滑动配合。滚动式中间轴承适应范围:因内外圈之间允许有1 2.5。的偏斜角,加之紧定套沿轴向有移动的可能,故安装比较 方便。对于轴径小于70mm的小型船舶,特别是对其中负 荷小、转速高者,宜采用调心轴承（GB282-81）。2、额定动载荷C的计算和校核由于滚动轴承的类型、尺寸、精度级别等已有O.V/f.fn-h(2-5-1)国家标准,因此在轴系设计中主要是根据具体 的载荷、转速和工作条 件等方面的要求,解决 如何合理地选用轴承 的结构型式及其额定动 载荷C的计算和校核。E _ _1 nI）式中:九寿命系数;Ln轴承寿命（可取50 000-100 000h）;e寿命指数,球轴承e=3,滚子轴承=10/3;/f载荷性质系数（对中间轴承建议1.21.8）;fn速度系数;n轴的转速;P当量动载荷（N）,取自轴承负荷计算。将计算所得C值与机械零件手册标定的动载荷C值对照,小于机械零件手册中相应轴承的C值,即认为合格。3、特点比较滑动与滚动轴承的特点比数滑动轴承优点:结构简单,工作较 可靠:承受载荷较大,抗 振抗冲击性好;安装修理 方便:制造成本低。-缺点:摩擦系数大;必须 有一定的间隙才能正常 作,转速和载荷变化过大 时难于形成较佳的承载油 膜;润滑与维护保养麻烦。滚动轴承优点:摩擦损失小；无须 冷却,滑油消耗少；轴承 有自动调整能力;修理时 便于更换,并可直接在市 场购置,缺点:工作噪声大;轴承 为非剖分式,为能安装,中间轴至少一端要采用可 拆联轴节;承载能力小;安装工艺要求高。二、推力轴承 推力轴承的作用是承受水对螺旋桨的推力,并将其传给船 体使船航行,因此推力轴承是轴系中不可缺的。直接传动的大型低速柴油机主机,往往自带推力轴承;带 有减速箱装置的推进装置,其内设有推力轴承;采用中速 机作主机的装置要单独配置推力轴承。分类:滑动式（大型船舶）和滚动式（小型船舶）两类。（一）滑动式推力轴承1、轴承结构推力轴1的法兰分别与主机功率输出法兰和中间轴法兰联接。图2.5-5滑动式推力轴承1-推力轴;2螺塞;3 下壳;4-支撑垫;5 通气罩;6刮油器;7.调整板;8上壳;9.上轴瓦;10-上档油盖;11-下轴瓦;12.压推力轴中部设有一个推力环,它的两侧各安置组独立的扇形 推力块13,用来承受轴向推力,其中6块均匀分布在推力环 前端圆环面积上,承受螺旋桨正车推力,另6块均匀分布在 推力环的另一面,承受螺旋桨倒车推力。每块推力块在与推 环的接触面上都 有白合金,其 面则有 的头,偏心地支承在撑垫4上,使推力块在推力环回转时有一定的 动能力,以便形成较合理的模形油膜,使其受均匀且可减少摩擦阻。在支撑垫4后面设有调整板7,用来调整推力环和推力块之间的间隙。上下轴瓦与11分别 置在上下轴承座体中,用来承受径向载荷。在轴承的下部设有冷却水管17,用以供给海水来冷却滑油。在运行时,推力环将滑油带起,流往推力块的摩擦面上。在轴承上方安有温度计15。在推力轴承的两个端部则设有档油盖10、16,并在其中填人 环,以阻止润滑油的漏出。2、润滑特点单环式推力轴承只设个推力环,却比多环式推力轴承能承受更大推力。图2.56单环式推力轴承的润滑特点1-推力环;2.推力块;3.顶头;4.支撑块;5支撑垫(a)为速度等于。或启动况;(b)为速度升高后,推力环将滑油带入接触表面并形成模形 油膜情况;为推力块的结构示意图。单环式推力轴承的润滑特点:当推力环沿箭头方向运动时,因受螺旋桨推力作用,而 压于推力块2上。启动时,由于推力块2与支撑块4的接触中心偏离其几何中心（图c）即压中心与支点中心不重合,摩擦面间的油膜压P和反作用力R形成偶,使推力块产生倾斜,随着推力块的倾斜,压中心向支点移动,当P与R重合时,推力块便保持一定的倾斜位置。推力环和 推力块之间便形成了模形油膜。这种良好的 油膜,防止了推力环与推力块的直接接触,并实现了液体摩擦,能承受更大推力。3、主要参数和选型 4、校验1）推力块与推力环间比压校验2）推力环应校验（二）滚动式推力轴承 优点:摩擦损失小、传动效率高、尺寸小、滑油消耗少、管理方便。缺点:承受推力较小,噪声大。它适合中小型功率船舶的推 进装置,特别适合轻型高速快艇。滚动式推力轴承的拆装:可装于齿轮箱内,也可单独设置。但其推力轴必须采用可 拆联轴节,否则无法装拆轴承。图为小型船舶常用的一种滚动式推力轴承,螺旋桨正反方向的推力可通过推力环,分别通过前后两个轴承5经件4与件 7及推力轴承支座10传给船体。润滑方法与间隙 推力轴承的润滑方式一般有两种:一种是压润滑,采用单独的滑油泵或主机滑油泵将 滑油打入推力轴承,工作后受热的滑油再被抽出送至 冷却器,再至循环油柜;-另种是自然润滑,滑油不进行压循环,靠滑油的 飞溅和油雾进行润滑,用蛇形管以舷外水进行冷却。2-6尾轴管装置、概述1、尾轴管装置的功能尾轴管装置布置于船体尾部,其主要功能是:支承螺旋桨轴,保持船体的水密,防止舷外水的大量漏人或滑油的外泄。2、尾轴管的组成尾轴管一般是由尾轴管本 体、尾轴承、密封装 置、润滑及冷却系统 等组成。9 9图2-6-1船舶螺旋桨轴尾轴管简图1联轴器;2螺旋桨轴;3尾部密封;4一前轴承;5一尾轴 管;6后轴承;7.尾部密封;8螺旋桨9润滑油管尾轴管装置的结构与轴系数目、润滑方式关系尾轴管装置的结构随着轴系的数目、润滑方式的不同而不同。单轴系的船舶,螺旋桨离尾轴管距离较近,而双轴系的船舶,由于船体的线型关系,螺旋桨轴须伸出较长,才 能与螺旋桨相连接,故须在船体内部设置尾托架作支承。因此,两者尾轴管装置的结构有所不同。水润滑的特点水润滑的尾轴管轴承往往采用铁梨木、桦木层压板、橡胶等材料,而油润滑一般使用白合金材料。水润滑的尾轴管装置使用舷外水作润滑冷却剂,因此只需设首部密封装置,而尾部可以不设置密封装置,允许舷外水进入尾轴管内。图2-6.2水润滑的单轴系尾管装置1 螺旋桨键;2.锁紧螺帽;3一尾柱;4一尾轴承;5一尾管;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;15衬套这种尾轴管装置因采用水作为润滑剂,故只需首部密封10、11 等。在装置中,舷外水进入尾管内,对尾部轴承与螺旋桨轴 的摩擦部位进行润滑和冷却。为了防止舷外水对螺旋桨轴的 腐蚀,在与尾轴承相接触的螺旋桨轴上镶有铜套14或其他轴在外的轴干表面还须钢。图2-6-3油润滑的双轴系尾管装置1螺旋桨轴;2 一防磨衬套;3-压盖;4密封填料;5密封件外壳;6一尾轴承（后）;7-人字架毂;8.锁紧法兰;9锁紧螺母;10一尾 管;11-油管接头;12-尾轴承（前）；13一前支承;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-放油螺塞图为双轴系油润滑的尾轴管装置,尾管轴承前端和后端均 设有密封装置12、14、15、16、17、22等。此外,还设 有润滑油油管,提供润滑油给轴承及密封装置。二、尾管的结构型式与基本尺寸1、结构形式:有整体式和连接式两种。整体式尾管一般多用在单轴系的船上,是支承螺旋桨轴的重要部件。尾管一般从舱内向船后安装,使其穿过舱 壁及尾柱,其末端有外蝶、纹,用螺帽将其固紧。尾管 前端设有法兰,将其固定于隔舱壁的焊接座板上。法兰与座板间装有铅质垫片。连接式尾管一般多用在双轴系的船舶上（图2.63）,件10法兰或螺纹法兰固定于人 架轴壳和前支承上。图2-6-3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;6一尾轴承（后）；7人字架毂;8.锁紧法兰;9锁紧螺母;1。一尾 管;11 油管接头;12-尾轴承（前）；13一前支承;14垫板;15-密封支座;16密封填料;17压盖;18一前防磨衬套;19-锁紧环;20-联轴器;21螺帽;22-放油螺塞2、材料整体式尾管一般用铸钢、铸铁或球墨铸铁;连接式尾管一般用钢管或无缝钢管。3、尾管的厚度 1)整体式尾管(1)铸铁尾管(2)球墨铸铁尾管壁厚为 铸铁的0.7-0.8倍。(3)钢质尾管装配衬套处最小壁厚2)连接式尾管连接式尾管一般用无缝钢管,其壁厚约10-25mm,小船可 用5.10mm。通常按船壳板厚度选取。三、尾轴承尾管轴承6、12设置在尾轴管或人 架 中。如图所示,图2-6-3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;6一尾轴承（后）；7人字架毂;8.锁紧法兰;9锁紧螺母;10一尾 管;11-油管接头；12一尾轴承（前）；13一前支承;14.垫板;15-密封支座;16密封填料;17压盖;18一前防磨衬套;19锁紧环;20 联轴器;21 螺帽;22-放油螺塞尾管轴承受力状况尾管轴承除了承受螺旋桨和螺旋桨轴的重量之外,还要承受更为复杂的负荷。特别是后轴承因承受螺旋桨在水中回转时的不均匀悬臂负荷,螺旋桨偶然碰到障碍物时的冲击负荷,螺旋桨和轴在运转过程中的振动,使其工作条件更为恶劣。尾轴承在船舶航行时很难检修,只有在船舶进坞后才能进行检修。因此,轴承的结构应坚固可靠,否则因其故障而影响船舶正常营运。尾轴承的材料油润滑的尾轴承:一般用白合金做耐磨材料,小型船舶使 用青铜或铸铁。水润滑的尾轴承:用铁梨木、桦木层压板、橡胶增强塑料 等作耐磨材料。虽然铁梨木性能好,但由于生长缓慢,需要进,价格昂贵,除在些特殊船舶使用外,一般用 桦木层压板、橡胶等代替。常用尾轴承常用尾轴承有白合金尾轴承、橡胶尾轴承、铁梨木尾轴承。（一）白合金尾轴承轴系工作时,白合金承受剪切摩擦,为了使白合金不脱落,一般在轴承衬套1上开有纵向和 向 尾5,使白合金入后固地与衬套结合成一体。白合金材料成分白合金分两大类:(1)以 为主体的 基合金(其中 含量约83,性能优越。(2)以铅为主体的铅基合金(其中 的含量!6),价格较低。这两种白合金的化 成分和性能如表262所示。Pv值指的是轴承载荷和速度的乘积,它是衡量一个轴承寿命 的最主要因素。轴承的寿命主要由PXV的值决定。同时PV值决定着轴承的发热量。轴承运转温度越低,即使用低的PV值时,轴承的负荷性较好,寿命延长,所以在设计时尽可能使用较 低的P V值。白合金的特点优点:耐磨性很好,不伤轴颈,抗压强度相当高,散热快,不易发生摩擦发热。缺点:制造、修理复杂,价格贵。安装时,自合金轴承衬套的外圆面与尾管应紧密配合,否则衬套可能随轴转动,引起发热烧坏。白合金轴承长度海船应不小于所要求的螺旋桨轴直径的2倍;河船前轴承长度为尾轴直径的L5倍,后轴承长度为尾轴直径的2.5倍。(二)橡胶尾轴承橡胶尾轴承广泛应用于中小型船舶,有条式和整体式两种。1一尾轴管衬套;2橡胶板条;3金属芯条;4.埋头螺钉 图2-6-7整体式橡胶尾轴承(1)条式橡胶尾轴承:压制前应先加入金属条,以增加其刚性,然后将橡胶 在压模上用 化方法制成橡胶轴承。(2)整体式橡胶尾轴承:广泛用于高速艇及内河小船上,是把橡胶 化粘合到衬套 面,衬套的内孔车成正反螺纹,以便橡胶化以后能固粘在内壁上。橡胶轴承的特点(1)橡胶轴承 有弹性,能 振动,故对安装误 及 冲击敏感性较小,工作平稳无声,这对保 船体及改善 船、的工作和生 环 均有好处。(2)由于没有后密封装置,其结构简单,且避免了这部分摩擦功的损失。(3)采用水作为润滑冷却剂,营运成本低。由于不用润 滑油,不污航道,降了造价。(4)橡胶传热性,温度超过65-70度时,容易 化失效。低温易变。（三）铁梨木尾轴承铁梨木是海船常用的一种水润滑尾轴承材料。铁梨木组 密、坚、重量大（密度约1.2）,具有抗压、抗腐蚀、耐磨等优点,纤维方向的抗压强度达7250 cm2铁梨木在水中能分泌出一种树脂粘液,它与水一起形成乳状液体,是良好的润滑剂;它和青 铜摩擦时,摩擦系数约为0.003 0.007,且不伤轴颈。铁梨木在干 时会 开和扭曲变形,所以,加工和 安装时应使其处于 润状态,或浸泡水中。铁梨木的机械物理性能可参见有关材料手册。铁梨木轴承安装图2-6-8铁梨木轴承卜纵纹板条;2一止动条;3立纹板条;4冷却水槽;5尾 管衬套;6埋头螺钉在镶嵌铁梨木时应使轴承下半部板条的纤维纹路方向与轴心 线相垂直,以提高它的耐磨性。上半部板条纤维纹路方向 可与轴心线平行,以提高材料的利用率。（四）桦木层压板尾轴承桦木层压板是将我国 产的桦木切成单板,经浸树脂后组成板,再在高温下压制成板材,做成尾轴承。与铁梨木相似,经过加工的桦木木质坚实,强度增加,耐磨、耐图2-6.9桦木层压板尾轴承1 尾管衬管;2.板条;3一青铜止铜条;4.埋头螺钉热、耐腐蚀,摩擦系数小,其物理机械性能达到或接近铁梨木的性能。四、尾管密封装置为了防止舷外水沿着螺旋桨与轴承间隙浸人船内及润滑油的外泄,在尾管装置中心必须设置尾管密封装置。尾管密封装置可分为首部和尾部两类。润滑方式对于油润滑的尾管装置,其首部密封装置的任务主要是封 油,使油不漏人船舱内,而尾部密封装置既防止泊的漏出,又防止舷外水的浸人,起防水防油的双重作用。对于水润滑的尾管密封装置,只设首部密封装置,不致舷 外水漏入船舱内。不设尾部密封装置,好让舷外水流人尾 管,对尾管轴承起润滑和冷却作用密封装置工作条件 密封装置是由密封元件及其夹持定位部件等组成,其工作条件十分恶劣,即要承受舷外水的压、剧烈的磨损及高温摩擦外,元件还承受轴系的径向跳动、海水的腐蚀、泥砂水的磨刷等。尾管密封装置处于水线以下,拆装极不方便,一旦发生 故障,船舶要停航甚至进坞修理,这将影响船舶的营 运,故在密封装置设计选型时,要求其使用可靠、密 封效果好、使用寿命长、结构简单、选材容易、制造 和维修方便。（一）首部密封装置1、填料函型水密封装置I變時2 3 4 5 6 7图2-610填料函型水密封装置 橡胶轴承或木质轴承;2-配水环;3.尾 事;4填料5.压盖衬套;6-压盖;7轴套航行时,压盖不能拧得过紧,以免加剧轴或衬套的磨损。应适当松开,让舷外水每分钟滴人数滴进行润滑与冷却。此种密封装置具有结构简单、工作可靠、修换方便等优点。其缺点是要耗摩擦功,易使轴或轴套磨损,造成不良后果。2、骨架式油密封装置骨架式油密封装置如图2611所示,其密封元件用橡胶圈。为了提高橡胶圈的刚性,有利于 紧转轴,在橡胶圈 中间嵌入金属骨架。图2-6-11骨架式油密封装置1密封环座（铸铁）;2剖分式压盖;3一骨架式橡胶油封;4防磨衬套5夹紧环;6-备用油封骨架式油密封装置在 我国广泛应用于中、小型船舶,并已有 标准系列图纸,可 供设计选型时参考。3、SIMPLEX型油封装置图2-6J2 SIMPLEX型油密封装置1一前壳体2吊环;3螺孔;4剖分式锁紧环;5橡胶 圈;6 密封压盖;7密封圈;8.中间环;9耐磨衬套图为SIMPLEX改进型首密封装置,这种装置的密封圈的防漏 密封原理与骨架型油密封相似,主要特点是部做得较长,弹性及跟随性较好,唇口的接触 度小,弹簧的径向力合 适,故密封效果好,使用寿命长,目前在大、中型船舶中 使用极为广泛。（二）尾部密封装置为防止舷外水沿着螺旋桨与轴承间隙侵人船内及润滑油的 外泄,在尾管装置中必须设置尾管密封装置。1、油圈式尾部密封装置2、骨架式尾部密封装置3、SIMPLEX改进型尾部密封装置1、油圈式尾部密封装置图2613油圈式尾部密封装置1螺旋桨;2防磨衬套;3橡皮;4羊毛毡;5螺钉;6、7.压板;8油令板;9.油圈;10-垫板;11 尾管后轴承油圈式尾部密封装置的结 构,其主要部件是三个 油令板8和三个油圈组 成了三个密封单元。2、骨架式尾部密封装置图26-14骨架式后密封装置L垫板;2-0形橡皮圈;3防磨衬套;4翻边橡皮;5、6、7、8一骨架式橡皮密封圈与骨架式首部密封装置结构相同,但因尾部密封装置既要阻 水又要封油,所用的密封圈比首部密封圈多,一般用34 道,其中两道向外翻边,用来阻水,两道内翻边,用来 阻油。翻边橡皮是作为舷外水进入的第一道防线,用来阻 水档砂。垫板1和 形圈2置于螺旋桨和轴的防摩衬套的接 合处,以防止水的侵入而引起腐蚀。3、SIMPLEX改进型尾部密封装置图2-6-15 SIMPLEX改进型尾部密封装置1耐磨衬套;2定位夹;3后压板;4支承环;5中间 环;6一磨损检测