轴系布置设计.pptx

前言n n轴轴轴轴系系系系布布布布置置置置设设设设计计计计内内内内容容容容：轴轴线线确确定定、轴轴段段配配置置、轴轴承承的的布置布置n n轴轴轴轴系系系系布布布布置置置置设设设设计计计计的的的的前前前前提提提提：船船舶舶总总体体设设计计，包包括括船船舶舶主主尺尺度度、线线型型、总总布布置置及及结结构构设设计计完完成成之之后后，机机舱舱位位置、主机和螺旋桨选型已初步确定。置、主机和螺旋桨选型已初步确定。第1页/共20页轴系布置设计流程n n首先确定轴线及轴段的配置；n n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；n n然后进行轴系部件结构设计及选型;n n最后绘制轴系布置图、尾轴尾管总图及有关部件图纸。第2页/共20页轴线的确定n n主机（或推进机组）输出法兰中心与螺旋主机（或推进机组）输出法兰中心与螺旋桨中心的连线称为轴线，也称轴系理论中桨中心的连线称为轴线，也称轴系理论中心线。心线。何为螺旋桨中心？何为螺旋桨中心？第3页/共20页轴线的数目n n轴线的数目取决于船型、航行性能、生命力、主机轴线的数目取决于船型、航行性能、生命力、主机轴线的数目取决于船型、航行性能、生命力、主机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。轴线的数目型式和数量、经济性、可靠性等因素。轴线的数目型式和数量、经济性、可靠性等因素。轴线的数目型式和数量、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。早在总体初步设计阶段已决定。早在总体初步设计阶段已决定。早在总体初步设计阶段已决定。n n大型货船、油船多采用单轴线；大型货船、油船多采用单轴线；大型货船、油船多采用单轴线；大型货船、油船多采用单轴线；n n对于要求航速高、操纵灵活、机动性好、工作可靠，对于要求航速高、操纵灵活、机动性好、工作可靠，对于要求航速高、操纵灵活、机动性好、工作可靠，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、集装箱船及其而吃水受到一定限制的客船、拖船、集装箱船及其而吃水受到一定限制的客船、拖船、集装箱船及其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；他有特殊要求的船舶，多采用两根轴线；他有特殊要求的船舶，多采用两根轴线；他有特殊要求的船舶，多采用两根轴线；n n军船为了提高生命力、航速和机动性，多采用三根，军船为了提高生命力、航速和机动性，多采用三根，军船为了提高生命力、航速和机动性，多采用三根，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。甚至四根轴线。甚至四根轴线。甚至四根轴线。三峡游船几根轴线？第4页/共20页轴线及轴段长度的确定n n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。n n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。第5页/共20页主机位置布置原则如下原则如下n n对对对对称称称称布布布布置置置置：考考虑虑到到设设备备重重量量的的平平衡衡以以及及布布置置和和操操作的便利。作的便利。n n单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上；单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上；n n双双轴轴系系的的轴轴线线一一般般对对称称布布置置于于船船舶舶纵纵中中剖剖面面两两侧侧，即对称布置在船舶两舷；即对称布置在船舶两舷；n n三三根根轴轴系系的的船船舶舶，一一根根布布置置在在船船舶舶的的纵纵中中剖剖面面上上，其其余余两两根根对对称称布布置置在在左左右右两两舷舷。多多轴轴系系的的间间距距由由船船舶总体设计确定。舶总体设计确定。第6页/共20页n n轴线最好布置成与船体基线平行。轴线最好布置成与船体基线平行。轴线最好布置成与船体基线平行。轴线最好布置成与船体基线平行。n n当当推推进进机机组组位位置置较较高高，而而船船舶舶吃吃水水较较浅浅时时，为为了了保保证证螺螺旋旋桨桨的的浸浸没没深深度度，不不得得不不使使轴轴线线向向尾尾部部倾倾斜斜一一定定角角度度。轴轴线线与与基基线线的的夹夹角角称称为为倾倾倾倾角角角角。有有些些双双轴轴系系和和多多轴轴系系的的船船舶舶，为为了了保保证证螺螺旋旋桨桨叶叶的的边边缘缘离离船船壳壳外外板板有有一一定定的的间间隙隙，或或出出于于机机桨桨布布置置的的需需要要，允允许许轴轴线线在在水水平平投投影影面面上上不不与与纵纵舯舯剖剖面面平平行行，向向外外或向内倾斜，形成夹角，称为或向内倾斜，形成夹角，称为偏角偏角偏角偏角。n n当当轴轴线线出出现现倾倾角角和和偏偏角角时时，将将使使螺螺旋旋桨桨的的推推力力受受到到损损失失，因因此必须对倾角和偏角加以控制。此必须对倾角和偏角加以控制。n n一一般般将将倾倾角角控控制制在在0055之之内内，高高速速快快艇艇轴轴线线的的倾倾角角可可放放大大到到12121616；偏角则控制在；偏角则控制在0033之内。之内。第7页/共20页n n主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴线主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴线长度。长度。n n应考虑主机左、右、前、底与上部空间是否满应考虑主机左、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，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，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。需的操作高度。第8页/共20页螺旋桨的布置与定位n n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。旋桨可靠而有效地工作。n n螺旋桨应有一定的浸没深度。单桨船的浸没深度螺旋桨应有一定的浸没深度。单桨船的浸没深度e e=（0.25-0.25-0.300.30）D D，双桨船的浸没深度，双桨船的浸没深度e e=（0.4-0.50.4-0.5）D D。D D为螺旋桨直径；为螺旋桨直径；n n螺旋桨不应超出船体中部轮廓之外；螺旋桨不应超出船体中部轮廓之外；n n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；被碰坏；n n叶梢与尾柱距离叶梢与尾柱距离d d不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲刷，不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲刷，尾柱易被浸蚀；尾柱易被浸蚀；n n桨和舵叶之间也要留有一定间隙；桨和舵叶之间也要留有一定间隙；n n螺旋桨和船体外板间距螺旋桨和船体外板间距c c不应太小，以免造成船体的振动及不应太小，以免造成船体的振动及不必要的附加阻力。不必要的附加阻力。第9页/共20页轴承的设置n n轴轴承承数数目目、间间距距的的大大小小和和位位置置安安排排，对对轴轴的的弯弯曲曲变变形形、应应力力和和轴轴承承的的工工作作状状态态均均有有很很大大的的影影响响。若若处处理理不不当当，会会使使轴轴承承负负荷荷不不均均匀匀，造造成成发发热热和和加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性。加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性。第10页/共20页轴承的数量n n螺旋桨轴一般设两道轴承。如果螺旋桨轴过长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。对于一些（如双轴系船），也可以设三道轴承。对于一些轴线非常短的单机单桨尾机型船舶，其螺旋桨轴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。前轴承甚至可以取消，即只设一道轴承。n n每根中间轴一般只设一道中间轴承，因为减少轴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。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。轴过长，也可以设两道中间轴承。第11页/共20页轴承的间距n n中间轴承最小间距中间轴承最小间距：lmin=24.9d2/3 (cm)式中：d轴径，cmn n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不利的，应对它有所限制。第12页/共20页n n中间轴承最大间距：中间轴承最大间距：lmax=7785 (mm)n n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：n n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。n n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。n n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。第13页/共20页n n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)式式中中：d轴轴承承间间直直径径（mm）；k1=450（油油润润滑滑白白合合金金轴轴承承）、280（油油脂脂润润滑滑灰灰铸铸铁铁轴轴承）、承）、280350（水润滑橡胶轴承、轴支架）（水润滑橡胶轴承、轴支架）n n当转速当转速350r/min时时: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、）第14页/共20页n n尾轴承的间距尾轴承的间距n nl/D(长径比长径比)值推荐采用以下数据值推荐采用以下数据（经验值）（经验值）n n当当D=400650mm时时 l/D12n n当当D=230400mm时时 l/D1425n n当当D80230mm时时 l/D1640n n某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允许许l/D值小于上述数据。值小于上述数据。第15页/共20页轴承的位置n n轴承应安装在船体结构较强、变形相对较小的部位。n n中间轴承多安装在靠近法兰处。L/3-L/4L连接法兰中间轴承中间轴第16页/共20页轴承负荷n n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，m；L轴承长度，m。第17页/共20页n n各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承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的负荷均匀的负荷均匀的负荷均匀。n n如轴承负荷过重，超过了许用比压，将导致轴承迅如轴承负荷过重，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。减小轴承间距、降低轴承高度的方法。n n轴承负荷过小，甚至出现零值或负值，也是不允许轴承负荷过小，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，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，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。变受力情况，也可以降低或升高其高度。n n钢质海船建造与入级规范钢质海船建造与入级规范规定：每个轴承应为规定：每个轴承应为正压力，且应不小于相邻两跨轴重量的正压力，且应不小于相邻两跨轴重量的2020。第18页/共20页轴承负荷计算中支点位置的确定n n中中间间轴轴承承不不长长(约约0.80.8倍倍轴轴径径)，轴轴颈颈和和轴轴承承接接触触比比较较均均匀匀，支承反力位置取轴承中点。支承反力位置取轴承中点。n n对对于于尾尾轴轴管管前前轴轴承承，其其支支承承反反力力位位置置与与中中间间轴轴承承相相同同，也也取轴承中点。取轴承中点。n n对对于于尾尾轴轴管管后后轴轴承承或或靠靠近近螺螺旋旋桨桨的的最最后后一一道道轴轴承承，由由于于受受到到较较重重的的螺螺旋旋桨桨的的悬悬臂臂力力矩矩，其其受受力力情情况况不不均均匀匀，不不能能假假设设支承点为轴承的中点。支承点为轴承的中点。n n如如为为木木质质或或橡橡胶胶轴轴承承，如如其其长长度度为为l l，那那么么其其支支点点到到轴轴承承后后端端u u常假定为：常假定为：u u=(1/4=(1/41/3)1/3)l l或者，取或者，取u u=(0.5=(0.50.8)0.8)dj dj n n如为白合金轴承，通常采用：如为白合金轴承，通常采用：u u=0.5=0.5dj dj 式中：式中：dj dj尾轴基本直径。尾轴基本直径。n n以以上上两两公公式式是是磨磨合合稳稳定定以以后后的的数数据据。工工程程上上经经常常采采用用使使尾尾轴轴管管中中线线与与船船体体基基线线倾倾斜斜一一定定角角度度的的做做法法，即即所所谓谓“斜斜镗镗尾尾轴轴管管”法。法。第19页/共20页课堂小结n n轴系布置设计是船舶轮机设计的重点；轴系布置设计是船舶轮机设计的重点；n n轴轴系系布布置置不不是是孤孤立立的的环环节节，它它与与船船舶舶总总体体布布置置设设计计，船船体体结结构构设设计计，主主机机、螺螺旋旋桨桨等等密密切切相相关关，甚甚至至与与轴轴系系零零部部件件也也有有一一定定关关系系；同同时时，轴轴系系布布置置也也会会考考虑虑一一些些工工艺艺方方面面的的因因素素，在在后后续续学学习习中中会谈到会谈到n n作业：作业：n n说明中间轴承布置时应该考虑哪些问题。说明中间轴承布置时应该考虑哪些问题。n n轮轮机机中中心心的的那那条条船船，试试述述其其推推进进装装置置和和轴轴系系的的设设置情况，要求绘草图。置情况，要求绘草图。第20页/共20页