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1、 船舶与海洋工程学院轮机工程专业民用船舶动力装置课程设计轴系计算说明书 一、 轴系计算 (一)、概述本船为内河船，设单机单桨。主机经减速齿轮箱减速后将扭矩通过中间短轴传给螺旋桨轴和螺旋桨。考虑到长江水质较差，泥沙较多，若采用水润滑，则污物可能进入艉轴装置造成堵塞，故润滑方式采用油润滑。本计算按CCS钢质内河船舶建造规范（2009年）（简称钢内规）进行。(二)、已知条件2.1主机：型号8PC2-6型式四冲程，直列，不可逆转，涡轮增压，空冷船用柴油机缸数8缸径/行程400/460mm最大功率（MCR）4400520kW；rpm持续服务功率3960520kW；rpm燃油消耗率186 +5%g/kWh
2、滑油消耗率1.4g/kWh起动方式压缩空气 31.2MPa生产厂陕西柴油机厂 2.2齿轮箱：型号GWC66.75减速比2.986：1生产厂杭州前进齿轮箱集团股份有限公司 2.3轴：材料35#钢抗拉强度530MPa屈服强度315MPa 2.4键：材料45#钢抗拉强度600MPa屈服强度355MPa 5螺栓：材料35#钢抗拉强度530MPa屈服强度315MPa (三)、轴直径的确定根据钢内规8.2.2进行计算，计算列表4.1如下：序号名 称代号单 位公 式数 值1轴传递的额定功率NekW已知44002主机额定转速nr/min已知5203齿轮箱减速比i已知2.9864轴传递Ne时的转速ner/min
3、n/i174.155中间轴系数查钢内规表8.2.2.1（1）1.06螺旋桨轴系数查钢内规表8.2.2.1（2）1.267轴材料抗拉强度RmMPa已知5308中间轴最小直径dmm274.139螺旋桨轴直径dmm344.87表4.1轴直径计算根据计算结果，取螺旋桨轴直径为 350 mm，中间轴直径为 280 mm。二、 强度校核1. 尾轴强度验算轴设计过程中艉轴承、密封装置、联轴节的选型如下：a艉轴轴承选自东台市有铭船舶配件厂，规格如下： 前轴承：材料白合金内径355mm全长440mm质量148Kg 后轴承：材料白合金内径360mm全长880mm质量305Kgb油润滑艉轴密封装置选自东台市有铭船舶
4、配件厂，规格如下： 艉轴前密封装置：型号YMQ2-380衬套外径380mm最大轴径355mm艉衬套长度215mm 艉轴后密封装置：型号YMH3DW-380衬套外径380mm最大轴径355mm艉衬套长度215mmc联轴节采用船厂自制。 尾轴危险段面的确定根据图4-1计算如下：图4-1尾轴管结构简图（1）相关尺寸确定 已知L=880mm，L=440mm，R=350mm螺旋桨轴尾部锥长l=（1.63.3）R=2.2*R=780mm，对于白合金轴承，支撑点到后端面的距离u=0.5L=0.5*880=440mm。而后密封装置的长度为215mm，再加上适当间距约为60mm，则： 螺旋桨轴尾部锥面中心至后轴
5、承中心距离a为： a=780/2+440+215+60=1105mm 螺旋桨轴尾部锥面后端面至后轴承中心距离b为： b=1105+780/2=1495mm 由布置总图得后轴承的后端面距前轴承中心约为4739mm，则：前后轴承支撑点距离l为：l=4739-440=4299mm 因为后轴承后端面距齿轮箱有约7130mm，考虑到齿轮箱的周和联轴节等，法兰端面到前轴承支撑点距离为：d=7130-4299-440-769=2391mm因为联轴节长845mm，则法兰重心到前轴承支撑点距离为：c=2391-845=1546mm（2）双支承轴承负荷计算：a后轴承压力= 15873.21 N式中：g9.81N/
6、kg 1前后轴承支撑点距离，4.299m a-螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m b桨毂后端面到后轴承支撑点距离，1.495m c法兰重心到前轴承支撑点距离，1.546md法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m G0法兰重量，1180kg QB螺旋桨及附件重量，4079.51kg qc轴本身重量产生的均布负荷 ，qc=0.0062=0.00623502=759.5kg/mb前轴承总压力 = 4596.65 N 式中：g9.81N/kg 1前后轴承支撑点距离，4.299m a-螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m b桨毂后端面到后轴承支撑点距离，1.495m c法兰重心到前轴承支撑点
7、距离，1.546md法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m G0法兰重量，1180kg QB螺旋桨及附件重量，4079.51kg qc轴本身重量产生的均布负荷 ，qc=0.0062=0.00623502=759.5kg/m1截面EE的弯矩 = 63745.48Nm式中：g9.81N/kg QB螺旋桨及附件重量，4079.51kg a螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m RA后轴承支反力，15873.21 N LA后轴承长度，0.88m qc轴本身重量产生的均布负荷qc=0.0062=0.00623502=759.5kg/m 其中dc为尾轴直径，350mm2截面KK的弯矩= 5093.61
8、Nm式中：g9.81N/kg QB螺旋桨及附件重量，4079.51kg a螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m RA后轴承支反力，15873.21 N qc轴本身重量产生的均布负荷qc=0.0062=0.00623502=759.5kg/m 其中dc为尾轴直径，350mm ，取=63745.48Nm作为计算弯曲力矩。尾轴强度计算如下表4.2:表4.2尾轴强度计算序号名 称代号单位公 式数值1尾轴截面EE直径dcm已知条件0.352主机最大功率pekW已知条件44003主要最大转速ner/min已知条件5204齿轮箱减速比I已知条件35齿轮箱效率已知条件0.966尾轴扭矩TtN.m2.327
9、x1057由扭矩引起的扭应力cMPa27.6428螺旋桨推力FN6.607x1039由推力引起的压应力YMPa6.867x10-210尾轴最大弯曲力矩ME-ENm根据MK-K和ME-E计算6.375x10411由弯曲力矩引起的弯曲应力WMPa15.14512合成应力cMPa50.19513轴材料屈服强度SMPa已知条件（35号钢）31514所求安全系数Sc6.27615许用安全系数SC钢性直接传动的轴2.85.8计算结果所求安全系数大于许用安全系数ScSC。故尾轴强度复合要求。2. 尾轴承负荷计算(双支承轴承)计算如下表4.4：表4.4尾轴承负荷计算序号名 称代号单位公 式数值1前后轴承中心距
10、离l1m由尾轴尾管总图4.2992螺旋桨重心到后轴承中心距离am由尾轴尾管总图1.1053桨毂后端面到后轴承中心bm由尾轴尾管总图1.4954法兰端面到前轴承中心距离dm由尾轴尾管总图2.3915法兰重心到前轴承中心距离cm由尾轴尾管总图1.5466尾轴之重度qckg/m已知条件759.57螺旋桨及附件重量QBkg已知条件4079.518法兰重量G0kg已知条件11809后轴承之总压力RAN由轴承压力计算15873.2110前轴承之总压力RBN同上4596.6511后轴颈直径DAmm由尾轴尾管总图36012前轴颈直径DBmm由尾轴尾管总图35513后轴承长度LAmm由尾轴尾管总图88014前轴
11、承长度LBmm由尾轴尾管总图44015后轴承单位面积所受压力PAMpa0.05016前轴承单位面积所受压力PBMpa0.02917轴承许用单位面积压力PMpa对高分子轴承0.3计算结果所求轴承单位面积所受压力均小于高分子轴承单位面积许用压力，本船采用用高分子轴承，故安全。至此轴系校核全部完成。三、 主推进装置及轴系布置图当主机和螺旋桨选型定好后，就要确定其在机舱中的位置；并对轴系中轴承位置和间距进行确定。然后结合船体布置图，画出布置草图。由于本船轴系长不超过9米，不存在中间轴承，因此不需要考虑中间轴承位置安排不当。该船采用的是单机单桨，对于主机的布置应布置于船舶纵中剖面。详细布置图见附录一。四
12、、 尾轴管装置的结构形式尾轴管装置的任务是用来支承尾轴或螺旋桨轴，并使其能可靠的通出船外，不使舷外水大量漏入船内，同时，亦不使滑油外泄。为了承担上述任务，尾轴管装置一般由尾管、尾轴承、密封装置以及润滑与冷却系统等部分组成。本船利用油来润滑与冷却，前后都用白合金轴承来支承尾轴。为防止滑油外泄和水的渗入，尾管前后采用骨架式密封装置。尾管采用了无缝钢管，与齿轮箱连接的是可拆式法兰。由于尾轴管装置位于水下，船舶使用可靠及寿命长短与它的密封装置很大关系。尾轴密封装置就其布置的位置而言，可以分为首部密封与尾部密封。尾轴管装置布置总图（1）尾轴基本直径的确定 要画出尾轴管总图，必须先计算出尾轴基本直径。按内
13、河钢船建造规范（2009）计算： 式中： 柴油机组额定功率为4400kW 螺旋桨转速为 174.15 轴材料的抗拉强度，35号钢取=530N/ k 按规范取1.26 计算出直径为344.87 mm 考虑到内河有可能继续航行，轴径应在计算的基础上增大10%。故最终取 350 mm（2）各部分尺寸的确定 根据定下的艉轴直径查找相关的配件产品手册，选择合适的前后轴承。对于本船轴径的要求是前小后大，因为考虑到以后的维修方便，便于拆卸，容易更换磨损元件，这也是非常必要的。考虑到适当的间隙，故选择基本轴径355mm，长为440mm的艉管白合金前轴承，及基本轴径360mm，长为880mm的艉管白合金后轴承。
14、在前轴承上安有前轴承支撑，与一块复板相连接，增加可靠性，以免负荷分布不均匀。尾管厚度在10-15mm范围内选定13mm，采用无缝钢管。对于螺母尺寸的确定可根据轴的直径大小选取，取M16的能满足要求。（3）尾轴管装置总图 当上述步骤完成后尾轴管装置总图可以有计算机绘出，详图见附录二。 另附可拆联轴器零件图一张，详图见附录三。五、 船舶动力装置课程设计参考资料1、长江船舶设计院内河船舶设计手册(动装分册)人民交通出版社，19922、中国船级社CCS钢质内河船入级与建造规范人民交通出版社20093、中国船舶工业总公司船舶实用设计手册（轮机分册）国防工业出版社19994、中国船舶工业总公司船舶实用设计手册（总体分册）国防工业出版社19995、武汉交通科技大学商圣义民用船舶动力装置（修订版）人民交通出版社6、东台市有铭船舶配件有限公司船舶轴系舵系成套产品
