船舶傳動軸計算

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1、項 目 ： 傳 動 軸 計 算 能 力 目 標(biāo) ： 掌 握 傳 動 軸 的 基 本 直 徑 計 算 ； 掌握 傳 動 軸 的 強 度 計 算 。 知 識 目 標(biāo) ： 掌 握 傳 動 軸 的 基 本 直 徑 計 算 ； 掌握 傳 動 軸 的 強 度 計 算 。 傳 動 軸 的 計 算 主 要 包 括 傳 動 軸 的 基 本 直 徑 計 算 和 強度 校 核 兩 方 面 內(nèi) 容 。 基 本 直 徑 計 算 按 照 相 關(guān) 的 船 舶 規(guī) 范 進 行 。 強 度 校 核 則 是 計 算 靜 載 荷 下 的 合 成 應(yīng) 力 ， 再 根 據(jù) 由經(jīng) 驗 所 確 定 的 許 用 安 全 系 數(shù) 來 考 慮

2、動 載 荷 的 作 用 。 按 鋼 質(zhì) 海 船 入 級 與 建 造 規(guī) 范 計 算 軸 的 基 本 直 徑 軸 的 直 徑 d應(yīng) 不 小 于 按 下 式 計 算的 值 ： 式 中 ： d軸 的 直 徑 m m； F推 進 裝 置 型 式 系 數(shù) ； F 95， 對 于 渦 輪 推 進 裝 置 具 有 滑 動 型 聯(lián) 軸 節(jié) 的 柴 油 機 推 進裝 置 和 電 力 推 進 裝 置 F 100， 對 于 所 有 其 他 型 式 的 柴 油 機 推 進 裝 置 C不 同 軸 的 設(shè) 計 特 性 系 數(shù) 具 體 數(shù) 值 見 表 2 14； ne軸 傳 遞 的 額 定 功 率 ， k W； Ne軸 傳

3、 遞 Ne的 額 定 轉(zhuǎn) 速 ， r /min； b軸 材 料 的 抗 拉 強 度 。 對 于 中 間 軸 若 800MPa時 ， 取800MPa； 對 于 螺 旋 槳 軸 和 尾 管 軸 若 600 MPa時 ， 取600MPa。 3 160608 bee nNFCd 表 2 14 不 同 軸 的 設(shè) 計 特 性 系 數(shù) 具 有 下 述 型 式 的 中 間 軸 對 在 發(fā) 動 機 外 的推 力 軸 具 有 下 述 型 式 的 螺 旋 槳 軸整體連接法蘭 液壓無鍵套合聯(lián)軸器 鍵槽 徑向孔 ，橫向孔 縱向槽 在 推 力 環(huán)處 ， 向 外等 于 推 力軸 直 徑 的部 分 ， 其余 部 分 可按

4、圓 錐 減小 到 中 間軸 直 徑 在 軸 向軸 承 處 ，此 處 滾柱 軸 承用 作 推力 軸 承 油 潤 滑 且具 有 認(rèn) 可型 油 封 裝置 或 裝 有連 續(xù) 軸 套的 無 鍵 套合 或 法 蘭連 接 的 螺旋 槳 軸 油 潤 滑 且具 有 認(rèn) 可型 油 封 裝置 或 裝 有連 續(xù) 軸 套的 有 鍵 螺旋 槳 軸 適 用 于 前兩 條 規(guī) 定的 螺 旋 槳軸 長 度 以前 的 螺 旋槳 軸 或 尾軸 到 尾 尖艙 艙 壁 部分 的 直 徑1.0 1.0 1.1 1.1 1.2 1.1 1.1 1.22 1.26 1.15 表 2 14的 說 明 法 蘭 根 部 過 渡 圓 角 半 徑 應(yīng)

5、 不 小 于 0.08d。 至 少 在 鍵 槽 及 從 鍵 槽 兩 端 延 伸 到 0.2d 的 長 度 范 圍內(nèi) ， C取 1.10。 在 這 個 范 圍 以 外 ， 軸 的 直 徑 可 以 減至 以 C 1.0的 計 算 直 徑 。 鍵 槽 底 部 橫 截 面 的 過 渡 圓角 半 徑 應(yīng) 不 小 于 0.0125d。 至 少 在 孔 及 從 孔 兩 邊 緣 延 伸 到 0.2d的 長 度 范 圍 內(nèi) ，C取 1.10。 在 這 個 范 圍 以 外 軸 的 直 徑 可 以 減 至 以 C1.0的 計 算 直 徑 。 鏜 孔 直 徑 應(yīng) 不 大 于 0.3d。 至 少 在 槽 及 從 槽 兩

6、 邊 延 伸 到 0.3d的 長 度 范 圍 內(nèi) ，C取 1.2。 在 這 個 范 圍 以 外 ， 軸 的 直 徑 可 以 減 至 以 C 1的 計 算 直 徑 。 鍵 槽 長 度 應(yīng) 不 大 于 1.4 d， 寬 度 應(yīng)不 大 于 0.2d。 當(dāng) 遇 到 軸 上 有 多 種 型 式 時 ， 則 其 修 正 時 ， 多 個 系數(shù) 應(yīng) 連 乘 計 算 。 其 中 d為 以 C 1.0時 計 算 所 得 的 值 。 尾 尖 艙 艙 壁 前 的 槳 軸 或 尾 管 軸 直 徑 可 以 向 前 逐 漸 減小 到 中 間 軸 直 徑 ； 螺 旋 槳 軸 在 從 螺 旋 槳 槳 轂 前 面 到 尾 管 后

7、 軸 承 前 端 軸段 的 直 徑 應(yīng) 不 小 于 按 照 C取 1.22或 1.26計 算 所 得 數(shù)值 ， 如 果 這 部 分 軸 段 長 度 小 于 規(guī) 定 直 徑 的 2.5倍 ， 則符 合 規(guī) 定 直 徑 的 軸 段 應(yīng) 由 尾 管 后 軸 承 前 端 向 前 延 伸 ，使 具 有 規(guī) 定 直 徑 軸 段 的 長 度 不 小 于 規(guī) 定 直 徑 的 2.5倍 。 按 內(nèi) 河 鋼 質(zhì) 船 舶 入 級 與 建 造 規(guī) 范 計 算 軸 的 基 本 直 徑 軸 的 直 徑 d應(yīng) 不 小 于 按 下 式 計 算的 值 ： 式 中 ： d軸 的 直 徑 m m； K不 同 軸 的 設(shè) 計 特 性

8、 系 數(shù) ,按 表 2 5 9 (1)、 (2)選 取 ； ne軸 傳 遞 的 額 定 功 率 ， k W； Ne軸 傳 遞 Ne的 額 定 轉(zhuǎn) 速 ， r /min； b軸 材 料 的 抗 拉 強 度 。 對 于 中 間 軸 ， 若 800MPa時 ， 取800MPa； 對 于 螺 旋 槳 軸 和 尾 管 軸 ， 若 600MPa時 ， 取600MPa。 3 15757098 beenNKd 表 2 15（ 1） 用 于 中 間 軸 、 推 力 軸 的 K值 注 ： 在 鍵 槽 底 部 橫 截 面 處 的 圓 角 半 徑 不 得 小 于 0.0125d。 孔 徑 應(yīng) 不 大 于 0.3d。

9、縱 向 槽 的 長 度 應(yīng) 不 大 于 1.4d； 寬 度 應(yīng) 不 大 于 0.2d。 距 鍵 槽 端 、 橫 孔 邊 緣 0.2d長 度 以 及 距 縱 向 槽 道 端 0.3d長 度以 后 的 軸 及 推 力 軸 在 距 推 力 環(huán) 長 度 等 于 推 力 軸 直 徑 以 外 的 軸徑 可 以 逐 漸 減 少 到 以 K 1算 得 的 直 徑 。與 法蘭 為整 體的 軸 與 法蘭 聯(lián)軸 器為 紅套 、推 入或 冷配 合的 軸 開 有鍵 槽的 軸 有 徑向 孔的 軸 有 縱向 槽的 軸 在 推力 環(huán)的 兩側(cè) 軸承 處1.0 1.0 1.1 1.12 1.20 1.1 表 2 15（ 2） 用

10、 于 螺 旋 槳 軸 的 K值 注 ： 軸 直 徑 可 逐 漸 減 小 到 按 公 式 計 算 的 中 間 軸 直 徑 。序 號 適 用 范 圍 K1 從 槳 轂 前 面 到 相 鄰 軸 承 前 緣 的軸 段 無 鍵 螺 旋 槳 的 軸 1.22有 鍵 螺 旋 槳 的 軸 1.262 除 1外 ， 向 前 到 尾 軸 管 前 填 料 函 前 端 之 間 的 螺 旋 槳軸 段 1.153 尾 軸 管 前 填 料 函 前 端 至 聯(lián) 軸 器 的 螺 旋 槳 軸 段 1.15 傳 動 軸 的 強 度 校 核 傳 動 軸 在 工 作 時 ， 同 時 受 到 扭 轉(zhuǎn) 、 彎 曲 和 壓 縮 三 種負(fù) 荷

11、 ， 不 僅 承 受 靜 載 荷 ， 而 且 還 有 附 加 動 載 荷 作 用 ，受 力 情 況 很 復(fù) 雜 ， 目 前 普 遍 采 用 的 傳 動 軸 強 度 校 核方 法 ， 是 在 按 規(guī) 范 計 算 出 傳 動 軸 基 本 軸 徑 的 基 礎(chǔ) 上計 算 靜 載 荷 下 的 合 成 應(yīng) 力 ， 再 根 據(jù) 由 經(jīng) 驗 所 確 定 的許 用 安 全 系 數(shù) （ 見 表 2 17） 來 考 慮 動 載 荷 的 作 用 ，是 一 種 近 似 計 算 方 法 。 許 用 安 全 系 數(shù) 的 確 定 許 用 安 全 系 數(shù) 的 確 定 主 要 考 慮 下 面 幾 個 問 題 ： 軸 的 負(fù) 荷

12、情 況 ： 螺 旋 槳 軸 的 工 作 條 件 惡 劣 ， 受 力 情 況 復(fù) 雜而 且 與 海 水 接 觸 ， 安 全 系 數(shù) 應(yīng) 取 大 些 ； 剛 性 連 接 的 傳 動 軸 受到 主 機 交 變 扭 矩 負(fù) 荷 ， 材 料 易 疲 勞 ， 其 安 全 系 數(shù) 應(yīng) 比 柔 性 連接 的 傳 動 軸 要 大 些 。 材 料 的 特 性 ： 如 選 擇 合 金 鋼 ， 其 安 全 系 數(shù) 比 碳 鋼 要 高 ， 船 型 ： 軍 用 船 舶 的 軸 徑 是 按 照 最 大 負(fù) 荷 進 行 計 算 的 ， 但 是實 際 上 軍 用 船 舶 多 在 較 輕 負(fù) 荷 下 航 行 ， 為 了 減 輕

13、軸 系 重 量 ，軍 用 船 舶 多 采 用 許 用 應(yīng) 力 大 的 材 料 和 較 小 的 許 用 安 全 系 數(shù) 。 推 進 方 式 類 別 一 般 船 舶 軍 用 船 舶剛 性 直 接 傳 動 中 間 軸 2.5 5.5 3.5 螺 旋 槳 軸 2.8 5.8 4.5液 力 偶 合 器 、 電磁 離 合 器 或 電 傳動 中 間 軸 1.7 2.5 2.0螺 旋 槳 軸 2.0 2.8 2.2 中 間 軸 的 強 度 校 核 將 軸 看 成 一 根 自 由 放 置 在 兩 支 點 上 的 等 截 面 的 簡 支 梁 ， 其 所受 的 外 力 為 轉(zhuǎn) 矩 、 推 力 T、 自 重 q和 集

14、 中 載 荷 G（ G為 聯(lián) 軸 節(jié)重 量 ） 。 由 主 機 扭 矩 引 起 的 剪 應(yīng) 力 =Mt/Ww N/ m 式 中 ： Mt主 機 最 大 功 率 時 扭 矩 ； Mt=9550 Pmax/nmax i N/ m 式 中 ： Pmax傳 遞 的 最 大 功 率 ， KW； nmax最 大 功 率 時 的 轉(zhuǎn) 速 ， r/min； i減 速 箱 的 減 速 比 ； 減 速 箱 的 傳 動 效 率 ； W w中 間 軸 抗 扭 截 面 模 數(shù) ： Ww=dz3（ 1-m4） /16 式 中 ： dz中 間 軸 直 徑 cm ； m中 空 系 數(shù) ： m= do / dz do中 孔 直

15、 徑 cm 由 中 間 軸 重 量 所 產(chǎn) 生 的 彎 曲 應(yīng) 力 ： w =Mw/Ww N/ cm 式 中 ：Mw： 由 中 間 軸 本 身 及 其 法 蘭 重 量 所 產(chǎn) 生 的 最 大 彎 矩（ 最 大 彎 矩 可 以 用 力 矩 分 配 法 計 算 ， 也 可 以 用 工 程力 學(xué) 的 方 法 計 算 ） ；Ww： 中 間 軸 抗 彎 截 面 模 數(shù) ： Ww=dz3（ 1-m4） /32 式 中 ： dz中 間 軸 直 徑 cm ； m中 空 系 數(shù) ： m= do / dz do中 孔 直 徑 cm 由 螺 旋 槳 推 力 產(chǎn) 生 的 壓 縮 應(yīng) 力 ： y = T /Fw N/

16、cm 式 中 ：T： 螺 旋 槳 最 大 推 力 ， N；Fw ： 中 間 軸 截 面 積 ， cm 由 安 裝 誤 差 引 起 的 彎 曲 應(yīng) 力 附 加 應(yīng) 力 ： 按 經(jīng) 驗 選 取 ， w1 =1471.5 2943 N/ 合 成 應(yīng) 力 ： H = (w + y + w1)2+32 安 全 系 數(shù) ： 其 安 全 系 數(shù) 應(yīng) 滿 足 下 式 要 求 ： 按 經(jīng) 驗 選 取 ， k=s /H k 式 中 ： s材 料 屈 服 強 度 ； H 傳 動 軸 合 成 應(yīng) 力 ； k 許 用 安 全 系 數(shù) 。 螺 旋 槳 軸 的 強 度 校 核 由 主 機 扭 矩 引 起 的 剪 應(yīng) 力 ；

17、 由 螺 旋 槳 推 力 產(chǎn) 生 的 壓 應(yīng) 力 y； 合 成 應(yīng) 力 H = （ y 2+32） 式 中 ： 彎 曲 應(yīng) 力 系 數(shù) ， 1.02 1.06 安 全 系 數(shù) ： 其 安 全 系 數(shù) 應(yīng) 滿 足 下 式 要 求 ： 按 經(jīng) 驗 選 取 ， k=s /H k 式 中 ： s材 料 屈 服 強 度 ； H 傳 動 軸 合 成 應(yīng) 力 ； k 許 用 安 全 系 數(shù) 。 轉(zhuǎn) 矩 作 用 下 的 軸 扭 轉(zhuǎn) 角 度 的 校 核 計 算 傳 動 軸 所 發(fā) 生 的 扭 轉(zhuǎn) 角 度 ： =18000Mt/IpG N/ m式 中 ： Mt傳 動 軸 最 大 扭 矩 ； G傳 動 軸 材 料

18、的 剪 切 彈 性 模 數(shù) ， N/cm2 Ip 傳 動 軸 的 截 面 慣 性 矩 ， cm4 Ip =d3（ 1-m4） /32式 中 ： d軸 直 徑 cm ； m中 空 系 數(shù) ： m= d o / dz do中 孔 直 徑 cm 校 核 要 求 := 式 中 ： 為 最 大 許 用 扭 轉(zhuǎn) 角 度 ， 大 型 船 舶為 0.45 /cm， 一 般 小 型 船 舶 為 2.5 /cm 。 鍵 強 度 校 核 對 于 完 全 用 鍵 來 傳 遞 扭 矩 時 ， 則 鍵 受 剪 切 的 有 效截 面 積 應(yīng) 符 合 下 式 規(guī) 定 ， 且 鍵 材 料 的 抗 拉 強 度 應(yīng)等 于 或 大 于 軸 材 料 的 抗 拉 強 度 。 BLd3 /2.35 dm式 中 ： B鍵 的 寬 度 ， mm； L鍵 的 有 效 長 度 ， mm； d計 算 的 中 間 軸 直 徑 ， mm； d m在 鍵 中 部 處 的 軸 直 徑 ， mm。螺 旋 槳聯(lián) 軸 節(jié) 鍵 2.6 課 堂 小 結(jié) 系 數(shù) 和 單 位 的 重 要 性