轴系校中计算时水润滑艉管轴承的等效支点位置分析及影响.pdf

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1、第42卷第2期船海工程V。1·42No·22013年04月SHIP&OCEANENGINEERINGAp叽2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．02．027轴系校中计算时水润滑艉管轴承的等效支点位置分析及影响余华军(中国船级社宁波办事处，浙江宁波315010)摘要：为确定水润滑艉管轴承的等效支点位置，建立船舶推进轴系的有限元模型，利用多点支承模型，通过数值计算确定赛龙艉管轴承的等效支点位置，发现它并不在规范给出的范围内。仿真结果发现，随着艉管轴承刚度的增加，艉管后轴承的等效支点向后移动，而艉管前轴承的等效支点向前移动

2、。关键词：轴系校中；船舶；有限元法；轴承中图分类号：U664．21文献标志码：A文章编号：1671-7953(2013)0243087-03推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分，承担着传递主机功率及推进器推力的任务。在船舶设计过程中，轴系校中是非常重要的一个环节。轴系校中包括理论计算与现场施工两个方面，理论计算对现场施工具有指导意义。因此，轴系校中计算成为船舶推进轴系设计的一个热点。国内外学者和研究机构对其开展了大量研究工作，轴系校中计算模型日趋完善，计入了螺旋桨水动力因素⋯、轴承油膜或水膜刚度心。

3、、船体变形14_5J等因素的影响。在推进轴系的工程设计

4、中，通常是参照相关标准和规定进行校中计算。国内的推进轴系校中计算主要是参照标准CB／Z388—2005。由于螺旋桨的悬臂作用，靠近螺旋桨的艉管轴承承担的载荷较大，因此艉管轴承支承模型是关注的重点。标准CB／Z388—2005中规定，对于白合金轴承衬、铁梨木轴承衬和橡胶轴承衬，艉管后轴承的等效支点距轴承衬后端面的距离分别取在(1／7～1／3)L、(1／4～1／3)￡和(1／3～1／2)L范围内，￡为轴承衬的长度；其它轴承的支点位置，均取沿轴承衬长度的中点。校中计算中，水润滑型艉管后轴承的等效支点位置通常参考对铁梨木轴承的规定进行选取，艉管前轴承的支点位置通

5、常取其中点，这种处理方法是否合理，值得深入分析。本文收稿日期：2012—07—16修回日期：2012—08—02第一作者简介：余华军(1977一)，男，硕士，工程师研究方向：船舶轴系安装及校中检验E-mall：yuhj@CCS．org．ell通过数值计算来分析水润滑艉管轴承的等效支点位置以及对校中计算结果的影响，以对工程设计提供参考。1推进轴系校中计算模型船舶推进轴系属于多支承的变截面连续梁，校中计算是静力学分析，理论上讲，就是求解多支承的变截面连续梁的超静定问题。船舶推进轴系校中计算的常用方法有三弯矩方程法、传递矩阵法和有限元法，本文采用有限元法。在推

6、进轴系校中计算有限元模型中，螺旋桨和齿轮可简化为刚性质量单元；而轴段的长度与截面直径之比通常较大，可采用Euler梁模型；为简便起见忽略轴承油膜或水膜的影响，将轴承简化为线性弹簧单元。上述3种单元的单元矩阵见文献[6]。本文主要考虑推进轴系在垂直平面内的受力情况及变形，因此质量单元仅有一个垂向自由度；Euler梁单元有两个节点，每个节点有两个自由度(垂向位移及转角)。弹簧单元有两个节点，每个节点一个自由度，一端与轴相连，一端与基础相连，作为约束端。根据上述3种单元可建立推进轴系校中计算模型，其力学方程为KU=F(1)式中：卜系统的刚度矩阵；(『_节点位移

7、列向量；F——载荷列向量，主要由推进轴系各组成部分的重力、外载荷(齿轮啮合力、浮力等)组成。87第2期船海工程第42卷求解方程(1)后可得到各个节点处的位移，进而利用单元矩阵得到各单元截面的剪力、弯矩等参数。2艉管轴承等效支点位置分析模型通常情况下，艉管轴承长度较长，因此艉管轴承对轴的支承作用体现在两个方面：①限制轴的垂向位移；②限制轴的转动。那么，将艉管轴承简化为多点支承模型更加合理，见图1。}雌竹轴啦f叫钎轴恹￡，K移型爿}日j蚕一—]圈嗣广～—■医互厂图1艉管轴承等效支点分析模型假设用，v个弹簧模拟艉管轴承，第n个弹簧的刚度为矗。，其总刚度等于艉管

8、轴承的刚度。根据上节的校中计算模型可以得到各个弹簧中的力F。，则其等效支点距离轴承后端面的距离为∑F^』_⋯‘戈。=竺}(2)∑F。式中：石。——第n个弹簧距离轴承后端面的距离。可见，艉管轴承长度范围内的所有弹簧中力关于等效支点的力矩为零。3计算结果及分析某船推进轴系全长约8．27m，由艉轴、中间轴和齿轮箱的大齿轮轴组成，共有4个支承轴承。nI理1。Ml轴暇{；--：*订轴，Ri☆轮络轴，Rl，!c，t／、煤旋桨联轴器1联轴器2齿轮图2某船推进轴系的布置简图前、后两个艉管轴承为赛龙轴承，其垂向等效支承刚度分别为3．2×108和5．0×108N／m；齿轮箱

9、轴承刚度约为5×109N／m，见图3。U!j4)6／S支承位置／m图3推进轴系多