船舶軸系設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、船舶軸系設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：印繼龍班級(jí)：機(jī)電08—2專業(yè)：機(jī)電一體化指導(dǎo)教師：莊燕2019年6月5日2崗位介紹江蘇南極機(jī)械有限責(zé)任公司是由泰興船舶機(jī)械廠建成，始建于1968年。為國(guó)家大中型企業(yè)、中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司聯(lián)營(yíng)企業(yè)，國(guó)家級(jí)及國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，江蘇省高新技術(shù)企業(yè)，江蘇省船舶配套行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)。主要生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)“南極”牌艦船用生活污水處理裝置、油污水處理裝置、空調(diào)、冷藏裝置、中間軸承、隔艙填料函、海水濾器、液壓聯(lián)軸節(jié)、螺栓、螺母、壓

2、力水柜、熱水柜、反滲透海水淡化裝置、減振降噪浮筏裝置、主機(jī)供油單元、噴油冷卻單元以及軸系打包、特種車輛改裝等產(chǎn)品。產(chǎn)品銷往全國(guó)各大中船型廠和“向陽紅十號(hào)”考察船、“南極”長(zhǎng)城站、中山站、“極地號(hào)”考察船、遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船等國(guó)家重點(diǎn)工程和重點(diǎn)艦船。公司占地面積10萬多平方米，建筑面積5萬多平方米。擁有高精度、大型設(shè)備250多臺(tái)套，總資產(chǎn)2億多元?，F(xiàn)有員工600多人，科技人員96人，高、中級(jí)職稱68人，生產(chǎn)技師、高級(jí)工占35以上。公司建立研究所

3、和江蘇省船舶污水序批式膜法處理設(shè)備工程技術(shù)研究中心，現(xiàn)有6項(xiàng)產(chǎn)品被評(píng)為高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)明專利和實(shí)用新型專利產(chǎn)品各5項(xiàng)。產(chǎn)品通過GBT190012008質(zhì)量體系認(rèn)證。通過了CCS、ABS、DNV、BV、GL、LR、RINA、NK等船級(jí)社的認(rèn)可。被評(píng)為全國(guó)環(huán)?？萍枷冗M(jìn)企業(yè)和環(huán)保百強(qiáng)企業(yè)，連年被評(píng)為銀行資信“AAA”級(jí)企業(yè)和工商部門“AAA”級(jí)信用企業(yè)，榮獲江蘇省“重合同，守信用”先進(jìn)企業(yè)和泰州市A級(jí)信用納稅企業(yè)等稱號(hào)。2019年6月5日3船

4、舶軸系設(shè)計(jì)安裝總介紹文中主要介紹了船舶軸承設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)例說明船舶軸系的安裝及安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的問題。2019年6月5日4目錄軸系的任務(wù)、組成、與設(shè)計(jì)要求軸系的種類軸系工作條件及故障軸系布置設(shè)計(jì)流程軸線的確定軸線的數(shù)目軸線及軸段長(zhǎng)度的確定主機(jī)位置布置原則螺旋槳的布置與定位軸承的設(shè)置軸承負(fù)荷軸承的比壓許用范圍軸承負(fù)荷計(jì)算中支點(diǎn)位置的確定2019年6月5日5軸系的任務(wù)、組成、與設(shè)計(jì)要求2019年6月5日6一、軸系的任務(wù)船舶軸系是船舶動(dòng)力裝置中

5、的重要組成部分，承擔(dān)著將主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，再將螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力傳遞給船體實(shí)現(xiàn)推船航行的目的。船舶軸系的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但作用十分重大，維護(hù)管理好軸系，對(duì)保證船舶的安全航行至關(guān)重要。2019年6月5日7二、軸系的組成船舶軸系是從主機(jī)輸出端法蘭起至尾軸為止，連接主機(jī)和螺旋槳。對(duì)于直接傳動(dòng)的推進(jìn)系統(tǒng)，包括傳遞功率的傳動(dòng)軸及其軸承等零部件，主要有:推力軸和推力軸承、中間軸和中間軸承、尾軸和尾軸承以及其他附件等；對(duì)于間接傳動(dòng)的推進(jìn)系統(tǒng)

6、，除有上述傳動(dòng)軸和軸承外，還有離合器、彈性聯(lián)軸器和減速齒輪箱等部件。2019年6月5日8軸系的種類單軸系單軸系軸線布置于船體的中縱剖面上，并平行于船體基線。單軸系的長(zhǎng)度主要由中間軸數(shù)目來定，而中間軸的數(shù)目則取決于機(jī)艙位置。中機(jī)艙的中間軸數(shù)量多，軸系長(zhǎng)。凡具有兩節(jié)或兩節(jié)以上中間軸的軸系稱為長(zhǎng)軸系尾機(jī)艙的中間軸數(shù)量少，甚至沒有中間軸，軸系較短。凡具有一節(jié)中間軸或無中間軸的軸系稱為短軸系。軸系短不僅便于船艙布置、節(jié)省船舶建造費(fèi)用，而且便于維護(hù)

7、管理。所以日前造船趨勢(shì)都是采用尾機(jī)艙或近尾機(jī)艙的船舶結(jié)構(gòu)。單軸系的特點(diǎn)是:直接傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、傳動(dòng)損失小，便于操縱。單軸系多用于大型海船、拖輪及內(nèi)河中小型船舶，如油船、集裝箱船及散貨船等。2019年6月5日9雙軸系兩個(gè)軸系分別平行對(duì)稱布置在船體中縱剖面的兩側(cè)，相對(duì)體船基線略有傾斜，以保證螺旋槳充分沒入水中。由于船體結(jié)構(gòu)的限制，螺旋槳至尾軸管距離較遠(yuǎn)，尾軸較長(zhǎng)，需在船體外部設(shè)置人字架托住懸伸于船外的尾軸。為了便于拆裝將尾軸分為兩段制造

8、，中間用聯(lián)軸器連接。在船體尾軸管內(nèi)的軸段仍稱為尾軸懸伸在船外的軸段與螺旋槳連接，并由人字架支承，這段軸稱為螺旋槳軸。雙軸系船舶具有高速、機(jī)動(dòng)性好和生命力強(qiáng)的特點(diǎn)。但雙軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、配套設(shè)備多，如雙軸系為雙機(jī)雙槳，建造和修理工作量大，費(fèi)用高。一般多用于客船和軍用艦船。2019年6月5日10軸系工作條件及故障船舶軸系的主要零件——中間軸、尾軸等雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸大，重量大，一般軸長(zhǎng)無與軸徑d之比均超過10，所以是擾性軸，容易產(chǎn)生變形。軸系

9、位于船體水線以下部位，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不僅受到主機(jī)傳遞的扭矩作用、軸系自重引起的彎曲變形，而且還受到螺旋槳產(chǎn)生的阻力矩和推力作用。此外，還受到軸系校中、安裝、船體變形、船舶振動(dòng)及螺旋槳水動(dòng)力等引起的附加應(yīng)力的周期作用。船舶主機(jī)的緊急停車、頻繁機(jī)動(dòng)操車，或者在臺(tái)風(fēng)、大浪中劇烈搖擺時(shí)，上述情況就更加嚴(yán)重，并使軸承負(fù)荷加重。傳動(dòng)軸工作表面與軸承的相對(duì)運(yùn)動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生過度磨損，在海水和滑油介質(zhì)中受到腐蝕。所以，船舶軸系在運(yùn)磚中會(huì)產(chǎn)生聲音異常、振動(dòng)、軸承溫度升

10、高、傳動(dòng)軸磨損加劇、密封裝置漏泄等損壞，嚴(yán)重對(duì)甚至產(chǎn)生斷軸事故。輪機(jī)人員應(yīng)作好日常的維護(hù)修理，使軸系處于良好的技術(shù)狀態(tài)并應(yīng)掌握船舶軸系的有關(guān)理論知識(shí)和實(shí)際檢驗(yàn)方法。2019年6月5日11軸系布置設(shè)計(jì)流程首先確定軸線及軸段的配置；再?zèng)Q定軸承位置和間距等，繪制相關(guān)草圖；在根據(jù)規(guī)范計(jì)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(jìn)行軸系的強(qiáng)度校核。有些船舶軸系還要進(jìn)行必要的振動(dòng)計(jì)算和合理校中計(jì)算；然后進(jìn)行軸系部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選型最后繪制

11、軸系布置圖、尾軸尾管總圖及有關(guān)部件圖紙。2019年6月5日12軸線的確定主機(jī)（或推進(jìn)機(jī)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。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(jī)型式和數(shù)量、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等因素。軸線的數(shù)目早在總體初步設(shè)計(jì)階段已決定。大型貨船、油船多采用單軸線；對(duì)于要求航速高、操縱靈活、機(jī)動(dòng)性好、工作可靠，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；軍船為了提

12、高生命力、航速和機(jī)動(dòng)性，多采用三根，甚至四根軸線。2019年6月5日13軸線及軸段長(zhǎng)度的確定軸線是一根線段，它的長(zhǎng)度與位置決定于兩個(gè)端點(diǎn)。前端點(diǎn)為主機(jī)（或推進(jìn)機(jī)組）的輸出法蘭中心，后端點(diǎn)為螺旋槳的槳轂中心。在軸線總長(zhǎng)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(fù)荷情況、工廠的加工能力以及軸系在機(jī)艙內(nèi)的裝拆要求等因素，決定螺旋槳軸、中間軸等傳動(dòng)軸的配置及各軸段長(zhǎng)度。2019年6月5日14主機(jī)位置布置原則如下一、對(duì)稱布置考慮到

13、設(shè)備重量的平衡以及布置和操作的便利。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(duì)稱布置于船舶縱中剖面兩側(cè)，即對(duì)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，其余兩根對(duì)稱布置在左右兩舷。多軸系的間距由船舶總體設(shè)計(jì)確定。2019年6月5日15二、軸線最好布置成與船體基線平行當(dāng)推進(jìn)機(jī)組位置較高，而船舶吃水較淺時(shí)，為了保證螺旋槳的浸沒深度，不得不使軸線向尾部?jī)A斜一定角度。軸線與基線的夾角稱為傾角。有些雙軸系和多軸系

14、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(jī)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，向外或向內(nèi)傾斜，形成夾角，稱為偏角。當(dāng)軸線出現(xiàn)傾角和偏角時(shí)，將使螺旋槳的推力受到損失，因此必須對(duì)傾角和偏角加以控制。一般將傾角控制在0～5之內(nèi)，高速快艇軸線的傾角可放大到12～16；偏角則控制在0～3之內(nèi)。2019年6月5日16三、主機(jī)應(yīng)盡量靠近機(jī)艙后艙壁布置，以縮短軸線長(zhǎng)度。四、應(yīng)考慮主機(jī)左、右、前、底與上部空間是否滿足

15、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。比如高度方向，一般應(yīng)使主機(jī)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(yīng)留出油底殼放油所需的操作高度。2019年6月5日17螺旋槳的布置與定位螺旋槳的布置與定位由船體總體設(shè)計(jì)決定，其原則是保證螺旋槳可靠而有效地工作。①螺旋槳應(yīng)有一定的浸沒深度。單槳船的浸沒深度e=（0.250.30）D，雙槳船的浸沒深度e=（0.40.5）D。D為螺旋槳直徑；②螺旋槳不應(yīng)超出

16、船體中部輪廓之外；③葉梢應(yīng)盡量高于船體基線以避免螺旋槳在淺水區(qū)域航行時(shí)被碰壞；④葉梢與尾柱距離d不能太小，否則受葉梢處的高速水流沖刷，尾柱易被浸蝕；⑤槳和舵葉之間也要留有一定間隙；⑥螺旋槳和船體外板間距c不應(yīng)太小，以免造成船體的振動(dòng)及不必要的附加阻力。2019年6月5日18軸承的設(shè)置軸承數(shù)目、間距的大小和位置安排，對(duì)軸的彎曲變形、應(yīng)力和軸承的工作狀態(tài)均有很大的影響。若處理不當(dāng)，會(huì)使軸承負(fù)荷不均勻，造成發(fā)熱和加速磨損，從而影響軸系運(yùn)轉(zhuǎn)的可

17、靠性。軸承的間距⑴中間軸承最小間距：lmin=24.9d23(cm)式中：d—軸徑，cm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、裝載等因素影響而產(chǎn)生變形（尤其垂向），軸承隨之變位，從而產(chǎn)生附加負(fù)荷。當(dāng)變位量△一定時(shí)，軸承間距愈小，當(dāng)軸承變位時(shí)，它對(duì)軸線的牽制作用愈大，其附加負(fù)荷也愈大，故軸承的間距太小是不利的，應(yīng)對(duì)它有所限制。2019年6月5日19⑵中間軸承最大間距：lmax=7785(mm)緣由：加大軸承間距可以減小軸

18、承的附加負(fù)荷，但軸承間距要受到下列因素的限制：①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(dòng)和橫向振動(dòng)。②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，同時(shí)造成軸承負(fù)荷的不均勻性。③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。2019年6月5日20軸承的位置⑴軸承應(yīng)安裝在船體結(jié)構(gòu)較強(qiáng)、變形相對(duì)較小的部位。⑵中間軸承多安裝在靠近法蘭處。2019年6月5日21軸承負(fù)荷⑴軸承負(fù)荷的大小用軸承比壓

19、p表示P=RDL（Nmm）式中：R—軸承負(fù)荷，N；D—軸頸直徑，m；L—軸承長(zhǎng)度，m。2019年6月5日22⑶軸承負(fù)荷計(jì)算中支點(diǎn)位置的確定①中間軸承不長(zhǎng)(約0.8倍軸徑)，軸頸和軸承接觸比較均勻，支承反力位置取軸承中點(diǎn)。②對(duì)于尾軸管前軸承，其支承反力位置與中間軸承相同，也取軸承中點(diǎn)。③對(duì)于尾軸管后軸承或靠近螺旋槳的最后一道軸承，由于受到較重的螺旋槳的懸臂力矩，其受力情況不均勻，不能假設(shè)支承點(diǎn)為軸承的中點(diǎn)。如為木質(zhì)或橡膠軸承，如其長(zhǎng)度為l

20、，那么其支點(diǎn)到軸承后端u常假定為：u=(14～13)l或者，取u=(0.5～0.8)dj如為白合金軸承，通常采用：u=0.5dj式中：dj——尾軸基本直徑。以上兩公式是磨合穩(wěn)定以后的數(shù)據(jù)。工程上經(jīng)常采用使尾軸管中線與船體基線傾斜一定角度的做法，即所謂“斜鏜尾軸管”法。2019年6月5日23⑵各軸承的比壓在許用范圍之內(nèi)，并力求使各軸承的負(fù)荷均勻。如軸承負(fù)荷過重，超過了許用比壓，將導(dǎo)致軸承迅速磨損、發(fā)熱及其他事故。遇到這種情況，不能輕易用加

21、大軸承長(zhǎng)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。軸承負(fù)荷過小，甚至出現(xiàn)零值或負(fù)值，也是不允許的，這不僅影響⑵各軸承的比壓在許用范圍之內(nèi)，并力求使各軸承的負(fù)荷均勻。如軸承負(fù)荷過重，超過了許用比壓，將導(dǎo)致軸承迅速磨損、發(fā)熱及其他事故。遇到這種情況，不能輕易用加大軸承長(zhǎng)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。軸承負(fù)荷過小，甚至出現(xiàn)零值或負(fù)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

22、承負(fù)荷過重。這是因?yàn)楫?dāng)軸承負(fù)荷為零值或負(fù)值時(shí)，軸段與下軸瓦脫離，這樣，一方面使計(jì)算的負(fù)荷與實(shí)際不符，另一方面影響橫向振動(dòng)的頻率的計(jì)算，設(shè)計(jì)者應(yīng)加大軸承間距，甚至取消一道軸承，以改變受力軸承的正常工作，而且造成鄰近軸承負(fù)荷過重。這是因?yàn)楫?dāng)軸承負(fù)荷為零值或負(fù)值時(shí)，軸段與下軸瓦脫離，這樣，一方面使計(jì)算的負(fù)荷與實(shí)際不符，另一方面影響橫向振動(dòng)的頻率的計(jì)算，設(shè)計(jì)者應(yīng)加大軸承間距，甚至取消一道軸承，以改變受力情況，也可以降低或升高其高度?！朵撡|(zhì)海船建