【文章內(nèi)容簡介】 螺旋槳推力引起的壓應(yīng)力N/ 8系數(shù)—9合成應(yīng)力N/10材料屈服極限N/按35號鋼取2646011安全系數(shù)n12許用安全系數(shù)[n]《船舶設(shè)計實用手冊》～13結(jié)論n[n]合格綜上所述，傳動軸和螺旋槳軸的強度是合格的，符合船舶設(shè)計使用手冊及船舶設(shè)計規(guī)范的要求。 軸系連接螺栓最小直徑 表44 連接螺栓的直徑序號名稱符號單位公式與來源數(shù)值1軸傳遞的最大功率Pnkw19802最大功率時的轉(zhuǎn)速r/min1343螺栓數(shù)z64螺栓節(jié)圓直徑Dmm4905螺栓材料的抗拉強度按45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼查取5886緊配螺栓直徑mm(—)607所選螺栓直徑mm取M64第五章 軸系合理校中設(shè)計 軸系通常有一定的長度，會有很多的軸承進行支承。軸系在軸承之間會有不同的受力等復(fù)雜情況為了改善這種情況，一般采取兩種措施：一是調(diào)整軸承間隙，重新布置的軸承位置。第二，當(dāng)上述方法是無效的，以調(diào)整軸承的高度，使得該軸變成曲線安裝，從而提高軸承的負載。這就是合力校中設(shè)計。軸系校中時常用計算方法是改變在軸承確定合理的受力，計算一個最大值和最小值之間的范圍內(nèi)的軸承負荷極限。將軸的受力限制在這個范圍之內(nèi)。從而使軸系的輸出功率都會在合理的范圍內(nèi)。為確保軸系可以安全的工作，軸系的校中不會形象主機和其連接的齒輪箱的工作。軸系能否校中正確，關(guān)系著船舶的使用壽命。目前船舶發(fā)展趨勢是噸位越來越大，船舶主機的功率是越來越高，因此增加了軸的剛性，但是船體結(jié)構(gòu)變得更不可靠。如果不進行軸系正確的校中將導(dǎo)致更多的不良的軸承磨損，甚至發(fā)生過熱導(dǎo)致嚴重的事故。軸系振動情況惡化等事故不斷出現(xiàn)。[9]軸承受力有靜態(tài)負荷和動態(tài)負荷之分，靜態(tài)負荷與受力來自船舶軸承本身的重量，還有各種螺旋槳等部件還有各個裝置的質(zhì)量，并且由于在安裝的時候難免會出現(xiàn)誤差，這些都會導(dǎo)致軸承受到靜態(tài)負荷和盈利。動態(tài)負荷是由于船舶在海上航行的環(huán)境還有在工作過程中出現(xiàn)的工況，以及船舶的變形等問題的出現(xiàn)，這會導(dǎo)致出現(xiàn)動態(tài)負荷。因此，在軸系合理校中設(shè)計必須要考慮以上的各種情況，由于動態(tài)負荷比較難以確定，因此大多數(shù)都會處于靜態(tài)校中，而動態(tài)校中仍是在研究中。軸系在進行合理校中之前要對軸系的軸承和螺旋槳進行規(guī)范化計算，從而得到原始數(shù)據(jù)1. 軸承支點：軸承的支點，決定了軸承的負荷。2. ：其質(zhì)量有兩種不同的方法來處理，一是組合式，二是整體式，螺旋槳的質(zhì)量是由船舶的設(shè)計人員作出。常用螺旋槳材料為黃銅（密度為8300kg/m3）,鑄鋼（7800kg/m3）,最輕與最重材料質(zhì)量差約10%。剛開始，有很多的數(shù)據(jù)還不是很清楚，這需要設(shè)計人員針對實際情況選取初步參數(shù)。由于螺旋槳是處于海水中，運轉(zhuǎn)過程一定會帶有水，這部分水的質(zhì)量也需要考慮在內(nèi)。當(dāng)船舶在不同的水域下不同的船速下工作，此時螺旋槳所帶有水的質(zhì)量也是不一樣，一般情況下質(zhì)量約為螺旋槳質(zhì)量的10％至30％。并且螺旋槳軸是懸在船外的，質(zhì)量集中比較大，符合分配對于整個軸影響比較大，因此需要再設(shè)計計算時認真計算。可能有人認為：在設(shè)計階段所有質(zhì)量都要取得大些，這樣偏于“安全”。而實際有些情況輕一點也有一定的安全性，因此再設(shè)計時，會取得一個范圍作為設(shè)計的參數(shù)。3. 軸端的質(zhì)量與軸端截面處的處理：整個船舶軸系不是一根軸，而是很多根軸通過法蘭等連接設(shè)備連接，軸承作為支撐部件不在軸的連接的地方。因此船舶軸系的截面是不一樣的，所能承受的載荷也是不一樣的。4. 在實際設(shè)計中，一般情況下是將軸系上的法蘭等不屬于軸的部件的質(zhì)量，平均分配在軸系上，作為加載的載荷，計算得出軸系本身質(zhì)量再乘以經(jīng)驗數(shù)，求出相應(yīng)的帶有法蘭等連接件的軸的質(zhì)量。的即：q= aq0，式中，q0為不考慮法蘭等質(zhì)量的載荷（N/m）； a為修正系數(shù)可查相應(yīng)軸的質(zhì)量系數(shù)表；q是軸斷的平均計算載荷（N/m）。在軸部件方面簡化了，因為螺旋槳質(zhì)量，軸承支點是近似的，由于不平衡離心力的螺旋槳是不考慮的，所以沒有必要軸系視為變截面梁。這樣計算誤差是在允許的范圍值之內(nèi)。為了計算是比較方便，通常將軸段負荷和面積慣性矩進行以下處理：將兩個軸承之間的截面算作是平均截面計算，這里所指是兩個軸承之間的橫截面是相同的跨度，在軸的相同的橫截面保持不變，不同的跨距就可以有不同的截面。 圖51 慣性矩的轉(zhuǎn)化如圖I的轉(zhuǎn)化所示，軸段AB是由兩個不同等截面軸段組成，慣性矩為I1和I2，所相應(yīng)的軸段長度為L1，,L2,則其平均慣性矩可按下式計算： 若此處出現(xiàn)兩個以上的截面時，可推得： 在某跨距承受不同載荷的軸段，也可按上述的方法同樣處理。設(shè)分段AB間，由兩種不同的均布載荷組成，一段長L1，相應(yīng)的均布載荷為q1,另段長L2，相應(yīng)的均布載荷q2，則平均載荷(如圖 載荷的轉(zhuǎn)化)為： 圖52載荷的轉(zhuǎn)化 若此處出現(xiàn)兩種以上的均布載荷時，可推得： 通過這種方法，可以很輕便的將不同截面不同載荷的軸段變成等面積均布載荷的軸段。對船舶軸系校中計算，計算軸系彎曲力矩和力的影響，同時計算了軸承數(shù)，并在軸承位置變化時計算出對沖擊力的影響。如果影響數(shù)較小，那么對軸系上的其他軸承的影響不大，軸承間距布置可以被認為是令人滿意的，這也意味著，安裝的要求的過程中對于安裝工藝要求可以減小，反之，大的影響數(shù)對軸承的布置比較敏感，此時軸承布置時應(yīng)該在重新考慮，因為這樣的安排，即使在安裝過程中，有嚴格的要求，但也可能使軸承容易發(fā)生意外。對影響數(shù)的分析，可以得出在軸系在安裝時可以不必在一條直接線上，這樣舍得軸系偏“軟”，可以抵消軸承位置發(fā)生變化的影響，這就是合理的曲線校中。應(yīng)用力矩分配法時步驟如下：（1）計算出固定力矩；（2）算出分配系數(shù)；（3）利用分配系數(shù)平衡將力矩進行分配；（4）將傳遞力矩記錄在桿件的另一端，傳遞力矩與平衡力矩為同一符號，但是大小只有它的一半；（5）利用分配方法重復(fù)力矩分配，直至力矩完全平均分配為止；（6）平均分配結(jié)束后，將各點力相加的代數(shù)和就是力矩的數(shù)值。8000噸化學(xué)品油輪的軸系圖：各段軸徑相應(yīng)的參數(shù)：表51 各段軸徑相應(yīng)的參數(shù)表序號L(mm)(mm)質(zhì)量（kg）m=慣性矩（m4）I=d4/64各段載荷（N/m）q=mg/l111087102A161K8683B1266L4004C2280M3605D770N3806E1008O3407F909P3008G997Q2509I452R43910J63S650軸系校中簡化圖：圖53 軸系校中簡化圖其中螺旋槳的質(zhì)量為6902kg，即QP=；，即Qf=；集中載荷Q為1000kg，即Q=9800N。根據(jù)和可由軸系圖中的各段的慣性矩和載荷算出軸系簡圖中各段的慣性矩和載荷。表52 各段慣性矩和載荷序號截面慣性矩m4平均載荷N/m1IGBQGB2IBCQBC3ICDQCD4IDEQDE5IGCQGC、分配系數(shù)和固定彎矩的計算一端簡支，一端固定的梁AB，簡支就是放松節(jié)點。A端的撓度等于零，根據(jù)材料力學(xué)的力矩面積法第一定理中，可以得到MA所引起的傾角：θ=1/4MAL247。（EI） 現(xiàn)令：K=1/4EL247。I則可得：MA=Kθ，K為單位剛度從式中可知，桿件的EI越大或軸段的軸徑越大，跨距L越小則單位剛度K也就越大，故單位剛度K可表示桿端抵抗轉(zhuǎn)動的能力。有了單位剛度，就可求出分配系數(shù)。假定一段軸AC，B點為結(jié)點，“A”，“B”均為固定支承，因為該梁是剛性連接，所以B點的轉(zhuǎn)角θ1=θ2。所以可得：M=MBA＋MBC=（KBA＋KBC）θ=θΣK MBA=KBAM247。ΣK MBC=KBCM247。ΣK 式中：KBA，KBC為左右兩支梁的單位剛度：MBA，MBC為左右梁分配到的力矩。系數(shù)KBA/ΣK，KBC/ΣK等稱為分配系數(shù)。通常使用相對剛度：k= I247。L [10]KBC=IBC247。LBC=*10247。=*10 KCD=ICD247。LCD=*10247。=*10 KDE=IDE247。LDE=*10247。=*10 B點 (簡支端)C點 D點 E點 0（固定端） 圖54各節(jié)點彎矩圖表53 力矩分配表 1) 取GC段為分離體圖55跨矩GC分體圖=0=02) 取CD段為分離體圖56 跨矩CD分體圖=0=03) 取DE段為分離體 圖57跨矩DE分體圖=0=0 各結(jié)點處的支反力 = =+= =+= =+=⑴ 各節(jié)點支反力總和R=+++=⑵軸系載荷的總和