【正文】 船舶動力裝置 原理與設(shè)計課件 （第 2章第 6~7節(jié)） （計劃學(xué)時 6h） 呂庭豪 設(shè)計 2022年 12月 第 2章 推進裝置設(shè)計 167。 26 支承軸承與軸系附件 一 . 中間軸承 作用： 中間軸承是為減少軸系撓度而設(shè)置的支承點 , 用來承受中間軸本身的重量 ,以及因其變形或運動而產(chǎn)生 的徑向負(fù)荷。 型 式： 中間軸承可分為滑動式與滾動式兩種軸承。 滑動式中間軸承 通常制成單獨潤滑體系并有滑油的專門冷卻設(shè)備。按 其潤滑方式分，有單油環(huán)式，雙油環(huán)式以及油盤式三種形 式。 1）型式 (1）油環(huán)式中間軸承 圖 261為一種常見的單油環(huán)中間軸承結(jié)構(gòu)。 工作原理： 中間軸放在軸承座 1的軸瓦 4上，軸承蓋2用螺釘固定在軸承座上，蓋上設(shè)有蓋板 1，可掀開蓋板加油或觀察軸承的運行情況。油環(huán) 3的直徑比軸頸要大，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時它依靠磨擦力隨軸一起轉(zhuǎn)動，其角速度比軸為小。環(huán)的下部浸入底部油池，轉(zhuǎn)動時將滑油帶到軸頸的上部，對軸頸與軸瓦表面進行潤滑。磨擦面的熱油，在軸頸載荷的壓力下， 有一部分從軸瓦兩端泄出，流回到軸承座底部的油池中。大，中型中間軸承的油池底部設(shè)有冷卻水管，流入海水以熱交換的方式冷卻油池中的熱油。為了防止滑油漏到軸承座外，在軸瓦兩端外側(cè)的軸上裝有甩油環(huán) 10，依靠回轉(zhuǎn)時的離心力作用，油被甩入油池。軸承座兩端裝有填料密封 9。油池油位的放油塞可放出臟油，這種單油環(huán)中間軸承主要適用于小型船舶。 對于中型船舶，因其軸承長度較長，為改善其潤滑質(zhì)量，一般采用雙油環(huán)，其作用原理與上述單油環(huán)中間軸承相同。 這種油環(huán)式中間軸承，當(dāng)在低速航行或進出港工況變化頻繁時，因轉(zhuǎn)速變化，油環(huán)供油效果變差，特別當(dāng)轉(zhuǎn)速低于 50— 60r/，潤滑的可靠性不能保證。所以，此種軸承僅適用于中，小型船舶，因其軸系的轉(zhuǎn)速較高，可保證供油，潤滑效果較好。 (2）油盤式中間軸承 圖 262所示的是油盤式中間軸承， 工作原理： 這種軸承在軸瓦的左側(cè)（即安裝時在軸承的船尾側(cè)）裝有供軸承潤滑用的固定式油盤 2。運行時，油盤隨軸一起回轉(zhuǎn)，（無相對滑差），將油池中的油帶到軸承上部，并靠上部的刮油器 6刮油，使滑油沿軸向分布在需要潤滑的軸頸上。這種軸承在軸低速工作時潤滑效果較好。這種軸承有的帶上軸瓦，有的不帶上軸瓦，根據(jù)用途不一而選用。油盤裝在軸承的船尾側(cè)，其開口方向朝前，這樣有利于從油池中攜帶油的同時防止將滑油拋向軸承尾部填料處而泄露。軸承底部的冷卻水腔可引入舷外水，供冷卻滑油用。 固定油盤式滑動中間軸承一般只適用于軸的最大線速度在 8m/s左右的旋轉(zhuǎn)軸系，不適用于高轉(zhuǎn)速的軸系。 2）選用方法 在軸系設(shè)計時，滑動式中間軸承一般不作專門計算，其軸承的尺寸和構(gòu)造按母型選取。 工作長度 : (根據(jù)軸頸直徑 d決定） L0=（ ~） d 一般 L0 /d=1,鑒于軸承單位承載能力的提高，可取~。軸瓦厚度一般 2~3mm。 軸瓦與軸頸之間的間隙： △ =+ mm 極限間隙： △ j=△ mm 其滑油的油溫不超過 55~60186。C，軸承溫度升高主要是填料函對軸產(chǎn)生摩擦所致。 3)性能的校核 潤滑性能的校核是從承載能力、最小油膜厚度及溫度等幾項指標(biāo)來進行。 (1)承載能力 一般用比壓 [p]來限定。為了不使滑油在工作時被擠出而引起摩擦偶件的過渡磨損，軸承單位面積的比壓[p]應(yīng)滿足以下的要求： 式中： P—— 軸承的載荷， N； d—— 軸承的軸頸， cm； L—— 軸承的工作長度， cm 。 2/][ cmNdlPp ?? (2)最小油膜厚度 中間軸與軸承的最小油膜厚度應(yīng)滿足以下條件： 式中： f f2—— 分別為軸頸和軸瓦加工表面的粗糙 度，按機修手冊有關(guān)部分選取。 K—— 考慮到表面幾何形狀不準(zhǔn)確和零件變形 的工作可靠系數(shù)，一般取 K≥2 。 (3)軸承工作時的溫度升高度 對于軸轉(zhuǎn)速較高的軸承，除限制其比壓外，還必須限制軸承的溫度不超過許用值，具體校驗辦法參考機修手冊有關(guān)部分。中間滑動軸承其溫度一般不超過60186。C；油環(huán)式滑動軸承限制使用線速度為 3m/s ；油盤式滑動軸承限制使用線速度為 8m/s。 )( 21m i n ffKh ?? 2．滾動式中間軸承 滾動式中間軸承一般用于小軸徑的軸系。為了拆裝方便，通常采用帶有緊定套的雙列向心球面滾子軸承。 3．滑動與滾動軸承的特點比較 滑動軸承 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作較可靠；承受載荷較大，抗振抗沖擊性好；安裝修理方便；制造成本低。 其缺點：摩擦系數(shù)大；必須有一定的間隙才能正常工作，轉(zhuǎn)速和載荷變化過大時難于形成較佳的承載油膜；潤滑與維護保養(yǎng)麻煩。 滾動軸承 優(yōu)點：摩擦損失小，無須冷卻，滑油消耗少；軸承有自動調(diào)整能力；修理時便于更換，并可直接在市場購置。 其缺點：工作噪聲大；軸系為非剖分式，為能安裝，中間軸至少一端要采用可拆聯(lián)軸節(jié)；承載能力?。话惭b工藝要求高。 在選擇中間軸承時，要根據(jù)軸的粗細、負(fù)荷的大小、船舶的結(jié)構(gòu)與要求，按其特點進行選擇。 二、滑動式推力軸承 船用推力軸承是船舶動力裝置中不可缺少的重要組成部分。他承受螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力，并傳給船體，使船舶在水中運動，同時，它還承擔(dān)推力軸的徑向負(fù)荷。 有些直接傳動的主推進裝置，以大型低速柴油機作主機，其主機自帶推力軸承；帶有減速箱的推力裝置，其推力軸承一般設(shè)在減速箱內(nèi)。對于這類軸系，一般不需再設(shè)推力軸承。但是，不少船舶主機采用中速機，其機內(nèi)未設(shè)專門的推力軸承，故必須單獨配置推力軸承。推力軸承有滑動式和滾動式兩種型式。對于大、中型船舶，目前均采用滑動式推力軸承。滾動式推力軸承只有一些小型船舶上才使用，故不作介紹，可參看有關(guān)資料。下面介紹滑動式推力軸承。 原理與結(jié)構(gòu) 圖 263是一種國內(nèi)最常用的滑動式推力軸承，也稱其為 動塊式 （或 “米契爾” 式）推力軸承。推力軸兩端的法蘭（圖中未畫出）分別與主機輸出法蘭和中間軸法蘭連接，軸中部設(shè)有一個推力環(huán) 18，環(huán)的兩側(cè)各安置一組獨立的扇形推力塊 13用來承受軸向推、拉力。其中的推力塊均勻分布在推力環(huán)前、后端圓環(huán)面積上，承受螺旋槳的正車與倒車推力， 每塊推力塊在其與推力環(huán)的接觸面上都澆有白合金。背面設(shè)有硬化的頂頭，偏心地支承在支撐墊 4上。 當(dāng)推力環(huán)按某一方向旋轉(zhuǎn)時，滑油由推力環(huán)引到推力塊上?；蛯ν屏K的壓力中心與支承點是不重合的， 這樣推力 T和反作用力 R形成一對力偶而傾斜，因而使推力塊自行調(diào)整到一定的傾斜度形成楔形油膜， 使推力 T的中心向反作用力移動，當(dāng)推力 T與反作用力 R重合在一條直線上，即平衡時，推力塊保持一定的傾斜度穩(wěn)定，從而得到液體動力潤滑。圖 264為油楔形成的工作原理圖。 每個推力軸承的推力塊，都自行調(diào)整形成油楔，實現(xiàn)液體潤滑，使推力軸承的承載能力大大增加。 為了達到較好的潤滑，在軸承蓋上安裝有刮油器 6（圖 263），它將推力環(huán)帶起的油刮下輸送到有關(guān)的潤滑部位。多余的滑油流回軸承座的油池。軸承下部外殼上安置透明的油位表 14，可供觀察油位。上方安放有溫度表 15，在推力軸承兩端部則設(shè)有擋油蓋 16，并在其中填入毛氈環(huán)，防止滑油外漏。油池內(nèi)設(shè)置獨立的冷卻水管 17，引入舷外水，冷卻滑油。 2．主要參數(shù)的選擇 1）推力塊的數(shù)目： 一般取 z=6~12塊。 2）有效面積系數(shù)： 是指推力塊有效面積與理論環(huán)形面積的比值（見圖265），即 m=zQ/（ 2?） 試驗表明：一般取 m=~（對自然潤滑的軸承取下限，強制循環(huán)取上限）。 3）推力塊的尺寸比： 推力塊的內(nèi)、外半徑的比 r/R，一般取 ~；其長寬比 l/b：一般擺動式推力塊可取 ~。圖中 l為推力塊平均半徑處圓弧長； b為推力環(huán)寬度。 4）偏心距 e： 目前世界各國對 e的大小選擇是不一樣的，一般 e值 ~。我國所編制的推力軸承標(biāo)準(zhǔn)取 e=。 我國船用推力軸承的結(jié)構(gòu)已基本定型，其外形尺寸及 技術(shù)數(shù)據(jù)，可據(jù)我國的 CB標(biāo)準(zhǔn)確定，參見表 261。 注： TZ—— 自然潤滑的滑動推力軸承； TQ—— 強制循環(huán)潤滑的平衡 塊 滑動推力軸承。 型 號 軸頸直徑 DZ（ mm） 最大使用推力 Pmax（ N ） 最大使用推力時的轉(zhuǎn)速n（ r/min） 推力塊承壓面積 F（ cm178。） 推力塊與推力環(huán)之間的總間隙 Δ（ mm） 推力塊數(shù)目 Z 推力環(huán)直徑 D（ mm） TZ140 140 60000 300~600 390 ~ 6 340 TZ160 160 90000 200~600 600 ~ 6 410 TZ180 180 120220 200~600 660 ~ 6 430 TZ200 200 160000 180~500 750 ~ 6 470 TZ220 220 202200 180~500 1005 ~ 6 520 TZ280 280 300000 120~350 1530 ~ 6 640 TQ250 250 400000 250~550 1665 8 600 TQ280 280 500000 250~550 2022 8 670 TQ300 300 600000 200~520 2340 8 710 表 261 推力軸承的尺寸參數(shù) 3．尺寸的校驗和計算 在主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)選定后，一般尚須校驗推力塊和推力環(huán)接觸時的單位面積的壓力 Pm（比壓）和推力環(huán)的應(yīng)用應(yīng)力 σ 。 Pm可按下式效驗： Pm=T/F1 N/cm178。 式中： T—— 螺旋槳的總推力， N ； F1—— 推力塊總面積， cm178。 Pm的計算結(jié)果應(yīng)符合以下數(shù)據(jù)范圍： 自然潤滑的推力軸承， Pm=150~200N/cm178。 強制潤滑的推力軸承， Pm=200~350 N/cm178。 對于推力環(huán)的尺寸是否選擇正確，可按下式進行效驗，即使其最大應(yīng)力 σ 不超過應(yīng)力許用值 [σ ]。 式中： [σ ]—— 許用應(yīng)力， N/cm178。 σ s—— 材料的屈服極限， N/cm178。 α —— 系數(shù)，見圖 266。 在推力軸承計算時，先根據(jù)經(jīng)驗公式的數(shù)據(jù)確定推力塊的數(shù)量 Z與 R、 r的關(guān)系。 若取 l=b 則 l=Rr 推力塊的平均半徑 ? ?? ? smpBR?????)( 2?????2rRrm?? 令 l180。為兩推力塊的距離，則周長為： Z(l+l?)=2?rm (原書誤為 r) 因此： Z(l+l?)=2?(R+r)/2 即 又根據(jù)經(jīng)驗公式，取 m=，則得： 故 l180。= (原書誤為 ) 將 l180。代入上式得： Z=?(R+r)/(l+)= ?(R+r)/(Rr) (原書誤為 ) [原書誤為 (Rr)] 根據(jù)以上推導(dǎo)出的 Z和 R、 r之間的關(guān)系式，即可進行軸承的計算。計算步驟如下： 39。llrRZ??? ?)39。( llzrzl m ???? ? 1）推力 T： 按螺旋槳推力計算式求得： N 式中： η 0