船舶轴系设计与计算.pdf

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轴轴轴系设计与计算系系设设计计与与计计算算热能工程系-胡义2011年5月 P123456参考资料•商圣义.民用船舶动力装置.北京：人民交通出版社，1996•张乐天.民用船舶动力装置.北京：人民交通出版社，1985•轮机工程手册编委会.轮机工程手册(下册).北京：人民交通出版社，1994•彭文生等.机械设计.武汉：华中理工大学出版社,1996•王昆.机械设计课程设计.武汉：华中理工大学出版社,1999•中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册（轮机分册）.北京：国防工业出版社,1999•内河船舶设计手册编写组.内河船舶设计手册（动力分册）北京：人民交通出版社，1989•中国船级社，《钢质内河船舶入级与建造规范（2006）》22011年5月16日星期一 P123456•轴系设计计算设计主要内容1）基本轴径的计算2）轴系长度计算3）轴系的布置4）轴系结构确定5）轴承的负荷计算6）轴系主要零件的强度计算7）尾轴、尾轴承设计计算8）可拆联轴器设计计算9）中间轴、尾轴静强度校核计算32011年5月16日星期一 已知条件•G8300ZC18B（右机）、G8300ZC19B（左机）•柴油机额定功率N＝1470kW，额定转速550r/min•选用GWD52.59减速齿轮箱，减速比i＝2.4667:1。42011年5月16日星期一 •轴系设计计算设计流程1）基本轴径的计算¾确定轴系材料（见课本P50和附录1）¾轴径确定（《钢规》第3篇11章轴系与螺旋桨）N560e–中间轴直径计算：d=FC3()nσ+160eb–螺旋桨轴直径计算¾还应考虑与选配的轴承匹配52011年5月16日星期一 传动轴的直径计算（海船）1d=dN560c4ed=FC3()3⎛d⎞⎜0⎟neσb+1601−⎜⎟d⎝a⎠•d——轴的直径，mm；•F——推进装置型式系数，•F=95，对于涡轮推进装置﹑具有滑动型联轴节的柴油机推进装置和电力推进装置；•F=100，对于所有其它型式的柴油机推进装置；•C——不同轴的设计特性系数；•Ne——轴传递的额定功率，kW；•ne——轴传递Ne的额定转速，r/min；•σb——轴材料的抗拉强度•对于中间轴，若σb>800N/mm2时，取800N/mm2•对于螺旋桨轴和尾管轴，若σb>600N/mm2时，取600N/mm2。62011年5月16日星期一 设计系数C具有下述式的中间轴对在发动机外的推力轴具有下述型式的螺旋桨轴油润滑，适用于液且具有油润滑，3.3.3.3压径在推力环处整认可型油且具有认规定的螺无向向外等于推在轴向体封装置，可型油封旋桨轴长键孔纵力轴直径的轴承处，连键或装有装置，或度以前的套﹑向部分，其余此处滚柱接槽连续轴套装有连续螺旋桨轴合横槽部分可按圆轴承用作法的无键套轴套的有或尾管轴联向锥减小到中推力轴承兰合或法兰键螺旋桨到尾尖舱轴孔间轴直径连接的螺轴舱壁部分器旋桨轴的直径1.01.01.101.101.201.101.101.201.261.15①②⑤②⑤③⑤④⑤72011年5月16日星期一 N560e基本直径计算d=FC3()nσ+160eb式中:Ne=1470kW；n---n=500/2.4667=223r/mineeσ----采用35#钢σ=520MPaF=100bbC----中间轴系数,C=1.0；C----无键连接,C=1.221122取中间轴基本直径φ230mm，取艉轴基本直径φ250mm,满足规范要求82011年5月16日星期一 •轴系设计计算设计流程1）基本轴径的计算螺旋桨轴直径(仅供参考）参考《民用船舶动力装置》（张乐天）P40表2-3-192011年5月16日星期一 设计流程•轴系设计计算1）基本轴径的计算中间轴轴颈直径注：尽可能不选括号中直径《轮机工程手册》下第236页表6.2.1-6102011年5月16日星期一 设计主要内容–选定密封装置112011年5月16日星期一 设计主要内容尾轴前密封122011年5月16日星期一 设计主要内容尾轴后密封132011年5月16日星期一 设计主要内容–选定尾轴承142011年5月16日星期一 设计主要内容艉管前轴承152011年5月16日星期一 设计主要内容•轴颈比轴干大5-30mm艉管后轴承实例：轴颈比轴干•8000DWT，大15mm•73.55m，大15mm•2940kW，大30mm•10000DWT，大15mm162011年5月16日星期一 设计主要内容尾轴结构：直径•轴干：240mm•前轴颈：255mm•后轴颈：260mm•前密封：240（wmax)，规格260•后密封：240（wmax)，规格260注意：确定轴干轴颈直径时须综合考虑密封、轴承的匹配。172011年5月16日星期一 设计主要内容•确定轴系长度–确定轴系基本长度（见课本P35）–选定尾轴承–选定密封装置–确定螺旋桨轴长度（见课本P42-44）–确定中间轴长度（见课本P36-37）–确定轴的实际长度；182011年5月16日星期一 尾端结构•锥体部分的长度L=（1.6-3.3)dtz•锥度K一般取1:15/1:12/1:10等•小端直径：dxz=dtz–k×L•大端直径：dtz•尾螺纹直径与长度：（或按课本）d=d−(k•L+2h+Δ)h为键槽深度;⊿,5~15mmpgh=(0.75~0.90)drp•键和键槽：192011年5月16日星期一 尾端结构•锥体部分的长度L=（1.6-3.3)dtzd=250，(400~825)，取550•锥度K一般取1:15/1:20等无键取1:20•小端直径：dxz=dtz–k×L250-550/20=223.25•大端直径：dtz250•尾螺纹直径与长度：（或按课本）d=d−(k•L+2h+Δ)h为键槽深度;⊿,5~15mmwgd=(0.75−0.90)dl=(0.75~0.90)dWXZ•ww课本l=dWWD(167.4~201.3)，取170wLw170202011年5月16日星期一 50>0.2×230=46尾端结构•锥体部分的长度L=（1.6-3.3)dtz545,2.37倍•锥度K一般取:1:15/1:20等1:15•小端直径：dxz=dtz–kL约180•大端直径：d=230•尾螺纹直径与长度：150150/180=0.833•键槽宽：50，长：470。545-230*0.447=442Le=L−0.447d键槽距端面应至少15mm长212011年5月16日星期一 键和键槽C距离不小于锥部大端轴径的0.2倍。键应用螺钉固定在轴上，螺钉孔不应放在距前端键长1/3范围内，孔深不超过螺钉直径。222011年5月16日星期一 设计主要内容•螺旋桨轴、轴承及尾管装置设计–确定尾轴承间距（见课本P38）–确定螺旋桨轴结构–设计尾管装置–螺旋桨轴静强度校核(见附录1)–画螺旋桨轴简图–画尾管装置总图232011年5月16日星期一 尾轴承的布置•尾轴承的间距:由于螺旋桨的重量较大，使其回旋和横向振动的临界转速会有所降低，加之桨在运行时悬臂动载荷的影响，故尾轴承的间距不宜增加太大•d>400mml≥12d•d=300～400mml=(14～25)d•d<300mml=（16～40）d242011年5月16日星期一 设计主要内容---可拆联轴器•可拆联轴器设计与选型注：结构尺寸见《轮机工程手册》下册第418页，对应的图为第420页图6.2.3232940kW实例23056529049535552026038510050M3886.58508000DWT23063029053033052026038511550M50135850查表23053828844238052428038610258M4888850252011年5月16日星期一 联轴器法兰厚度¾中间轴法兰中间轴的法兰厚度:b1=0.2×d1=0.2×175.75=35.15mm实取中间轴法兰厚度:b=50mm,满足规范要求。¾可拆联轴器可拆联轴器的法兰计算厚度:b2=0.2×d2=0.2×214.42=42.88mm实取联轴节的法兰厚度:b=50mm,满足规范要求。262011年5月16日星期一 可拆联轴器键的强度的验算可拆联轴器用键安装在轴上,键的材料选用45#锻钢,键受剪切的有效面积应大于按下式计算的值:式中:B----键的宽度B=50mmL----键的有效长度L=300mmd----中间轴计算直径d=175.75mmdm----键中部处轴直径dm=217.17mm272011年5月16日星期一 可拆联轴器与中间轴艉端法兰紧配螺栓的计算282011年5月16日星期一 设计主要内容•中间轴及中间轴承设计–中间轴设计–确定中间轴承位置–选定中间轴承–中间轴静强度校核(见附录2)–画中间轴结构简图292011年5月16日星期一 0.2l中间轴承的位置与间距•轴承间距的大小及其数目，对轴的弯曲变形、柔性和应力均有很大的影响。间距适当增加使轴系柔性增加，工作更为可靠，对变形牵制小，使额外负荷反而减小。•推荐公式：l≤125d•最小跨距：l≤142dl≥24.93d2840EIa=N/mmminzj35l302011年5月16日星期一 中间轴承的位置与间距•轴承间距的大小及其数目，对轴的弯曲变形、柔性和应力均有很大的影响。间距适当增加使轴系柔性增加，工作更为可靠，对变形牵制小，使额外负荷反而减小。•推荐公式：l≤125dl≤142d•最小跨距：l≥24.93d2840EIminza=N/mmj35l•间距太小，附加负荷大•间距太大，易产生回旋振动，因间距越大，其回旋振动的固有频率越小，使在工作转速范围内；轴扰度增，使负荷分配不均；•间距不超过9米312011年5月16日星期一 轴承负荷计算和临界转速计算•参考轴系计算书322011年5月16日星期一