船舶螺旋槳軸及其密封支承裝置設(shè)計(jì)(已改無(wú)錯(cuò)字)
2022-09-04 01:38:16 本頁(yè)面
【正文】 ==豎直方向 式中：F—軸的重力，計(jì)算得出 F=85800N F=69100N水平壓縮力 豎直受力圖平均強(qiáng)度計(jì)算式中:—由扭矩引起的平均扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 C —附加扭矩系數(shù)P —軸系傳遞最大公率（kW）N —最大功率時(shí)周的轉(zhuǎn)速（）—軸抗扭截面模數(shù)（mm）D,d —軸的外徑，內(nèi)徑 (mm)。其中計(jì)算：Nm壓縮應(yīng)力式中—由推力引起的壓縮應(yīng)力 T —軸系承受的最大軸向力 N 水面艦 T=T=mT—螺旋槳最大推力 NA —軸的截面積其中計(jì)算：合成平均應(yīng)力按最大剪切應(yīng)力理論計(jì)算式中—合成平均應(yīng)力 計(jì)算得：彎曲應(yīng)力最靠近螺旋槳軸處的彎曲應(yīng)力式中—最靠近螺旋槳處彎曲應(yīng)力—最靠近螺旋槳處重力引起的彎矩計(jì)算時(shí)，軸承支點(diǎn)位置應(yīng)按軸承強(qiáng)度規(guī)則計(jì)算—偏心彎矩(Nmm) 按表（）計(jì)算—軸抗變截面模數(shù)(mm)計(jì)算得：校核彎曲應(yīng)力是否超過(guò)規(guī)定許用應(yīng)力因此符合要求。交變扭轉(zhuǎn)應(yīng)力柴油機(jī)軸系 —軸材料抗拉強(qiáng)度，合成交變應(yīng)力按最大剪切應(yīng)力理論計(jì)算合成交變應(yīng)力 安全系數(shù)式中n—安全系數(shù) —許用安全系數(shù) 見(jiàn)表（）所以符合要求，安全。當(dāng)軸的計(jì)算柔度（）大于或等于周的極限柔度（）時(shí)，應(yīng)進(jìn)行軸系縱向穩(wěn)定性校核計(jì)算。軸的計(jì)算柔度 式中：L—軸的最大跨度 mm 當(dāng)軸系中各軸及本軸徑不同時(shí)，應(yīng)分別對(duì)其最大跨距部分進(jìn)行計(jì)算。i— 軸截面慣性半徑 mm軸的極限柔度式中E —軸材料彈性模數(shù) —軸材料比例極限 可近似的用軸屈服極限代替。 選擇法蘭式聯(lián)軸節(jié)，聯(lián)軸節(jié)上螺栓均為過(guò)盈連接 皮碗式尾部密封裝置 從振動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，船舶軸系可以視為具有多個(gè)集中質(zhì)量的彈性系統(tǒng)。柴油機(jī)氣缸燃燒壓力發(fā)生周期性變化，柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩包含兩個(gè)成分：平均轉(zhuǎn)矩和波動(dòng)轉(zhuǎn)矩。后者成為彈性系統(tǒng)的擾動(dòng)源，引起軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。在共振轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅將大大增加，產(chǎn)生較大的扭振附加應(yīng)力。規(guī)范推薦的軸徑計(jì)算公式雖然考慮了扭振因素，但軸的扭振附加應(yīng)力必須在許用范圍之內(nèi)，否則，就應(yīng)采取減振或避振措施。同樣，船舶軸系可視為多支承連續(xù)梁。在軸承之間跨距內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定的撓度。由于螺旋槳和軸段機(jī)械加工的誤差、材料密度不均勻以及安裝缺陷等因素，使它們的中心實(shí)際上不在回轉(zhuǎn)中心線上，軸回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力。同時(shí)，由于螺旋槳的懸臂作用，會(huì)產(chǎn)生陀螺效應(yīng)，軸在這種情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，不僅嚴(yán)重敲擊軸承導(dǎo)致過(guò)早損壞，而且還會(huì)引起船體振動(dòng)和軸的折斷。為此，必須校核回旋振動(dòng)的固有頻率，使之遠(yuǎn)離運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍；否則，就要在軸系設(shè)計(jì)中采取措施加以改進(jìn)，尤其對(duì)高速船舶的軸系，更要注意。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是脈動(dòng)變化的激振扭矩引起，它使主機(jī)到螺旋槳的各軸桿元件 軸系扭振許用應(yīng)力計(jì)算及模糊性分析船舶軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)除存在彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力外，還存在著不同程度的扭振附加應(yīng)力。運(yùn)轉(zhuǎn)軸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可看成一個(gè)周期性變化的應(yīng)力，而扭振附加應(yīng)力，則以交變應(yīng)力的形式作用于軸系的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力上。設(shè)軸系的扭振許用應(yīng)力為[]，考慮扭振附加應(yīng)力后，軸系扭振疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力為[]，軸系的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為[]，則三者的關(guān)系為[]=[][], (1)在確定軸系扭振疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力[]時(shí)，除要考慮材料扭振疲勞極限 外，還必須考慮機(jī)件的尺寸、形狀變化的影響，并考慮一定的安全儲(chǔ)備，這樣有[]=／(n )， (2)式中， 為軸系尺寸修正系數(shù)，主要由軸系基本軸徑d決定，具體取值見(jiàn)表l；n 為疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，考慮對(duì)軸系靜強(qiáng)度狀態(tài)下的許用應(yīng)力已留有安全儲(chǔ)備。為材料疲勞強(qiáng)度極限；為應(yīng)力集中修正系數(shù)，其計(jì)算公式為=1+ q(1)， (3)式中，q為材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感性系數(shù)，一般取0．24～0．42(主要考慮過(guò)渡圓角半徑：3％d～5％d對(duì)應(yīng)力集中的影響)； 為理論應(yīng)力集中系數(shù)，對(duì)于碳鋼軸系一般取為1．34～1．65。確定的基本思想是以扭振附加應(yīng)力循環(huán)特征∈[1，+1]取左右極限值時(shí)材料的強(qiáng)度極限為基礎(chǔ)，用線性插值法來(lái)確定的。即 =1時(shí)，材料扭振疲勞強(qiáng)度取為；=+1時(shí)，材料扭振疲勞極限取為扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度,則材料疲勞強(qiáng)度極限為 (4)軸系扭轉(zhuǎn)應(yīng)力最大值隨運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化，近似與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系變化，即取 (5)式中，r為軸系轉(zhuǎn)速相當(dāng)于額定轉(zhuǎn)速的百分?jǐn)?shù)，m為額定工況條件下軸系扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的最大值，對(duì)碳鋼制中間軸，船舶規(guī)范推薦取50。對(duì)中間軸而言，在r=1～，其扭振許用應(yīng)力可表示為： （6）中間軸在r=0～，按規(guī)范推薦取為=x，x的確定取決于軸系的具體結(jié)構(gòu)及受力情況，～。中間軸超速工況下(1 r≤1．15)的扭振許用應(yīng)力，按船規(guī)推薦采用下列公式 (7)式中常數(shù)K 的取值范圍一般為4O～41；A、B的值主要取決于基本軸徑d，其具體取值見(jiàn)表1。 系數(shù)和與基本軸徑的關(guān)系基本軸徑100200300400500600700AB在上述分析計(jì)算公式中，材料強(qiáng)度極限；軸系應(yīng)力集中修正系數(shù)及系數(shù)K、q、x的確定都與軸系的設(shè)計(jì)水平、制造水平、材料質(zhì)量、使用條件等幾個(gè)方面的因素有關(guān)。在考慮這些因素的模糊性后，參數(shù)的取值從完全允許到完全不允許間，應(yīng)有一個(gè)中間過(guò)渡過(guò)程。如扭振附加應(yīng)力循環(huán)特征時(shí)，碳鋼軸扭振疲勞強(qiáng)度極限取為0．26船舶規(guī)范規(guī)定材料拉伸強(qiáng)度取下限值440MPa，而實(shí)際鍛鋼軸的根據(jù)材料質(zhì)量、設(shè)計(jì)制造水平可取4OO～600MPa。這里材料質(zhì)量好壞、設(shè)計(jì)制造水平高低本身是模糊的，從
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