船舶轴系的设计与性能分析(附件)【字数：12262】
传动轴系是船舶动力装置中的重要组成部分，承担着将主机发出的功率传递给螺旋桨，再将螺旋桨产生的轴向推力传递给船体实现传播航行的重要任务。传动轴系的结构简单却十分重要，轴系设计的合理是船舶安全航行的重要前提。轴系从主机输出端法兰到尾轴为止，包括中间轴和中间轴承，尾轴和尾轴承，弹性联轴器和减速齿轮箱。轴系受力十分复杂，受到包括扭应力、弯曲应力、安装误差引起的附加应力，轴系设计中必须考虑这些因素。大型低速柴油机一般采用直接传动推进装置。中低速柴油机采用齿轮箱减速传动。本文根据《江苏科技大学轮机动力机舱实验室建设方案》中的相关要求，设计轴系并进行强度校核。首先按照《钢质内河船入级与建造规范》进行各个轴段的直径和相关零件尺寸的计算，并根据各个轴段的尺寸选取轴承型号和法兰尺寸。相关计算完成后，并运用CAD画出轴系的布置图、艉轴图、中间轴图。运用Compass软件进行轴系校中，运用公式法进行回转振动的计算。设计出的轴系满足相关规范要求，强度校核结果符合CCS对轴系校中和回旋振动的评定依据。关键词船舶；轴系设计；强度校核；动力装置；轴承
目录
第一章 绪论 1
1.1国内外概况和现状分析 1
1.1.1国内外现状和综述 1
1.1.2国内外现状分析 4
1.2全文小结 5
第二章 船舶轴系设计 6
2.1船舶动力装置的设计 6
2.1.1船舶动力装置的设计理念 6
2.1.2 船舶动力装置的设计步骤 6
2.2轴系的传动形式 7
2.3船舶轴系的组成 8
2.3.1船舶轴系的主要部件 8
2.3.2中间轴和中间轴承 9
2.3.3螺旋桨轴 10
2.3.4艉轴管装置和艉轴管密封装置 10
2.4轴系设计要求 11
2.5轴系布置的注意事项 12
第三章 轴系设计计算 13
3.1轴系设计规划 13
3.2轴系设计计算 16
3.2.1已知条件 16
3.2.2轴径的计算 16
3.2.3尾轴的计算 17
3.2.4中间轴承 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.2.5法兰螺栓计算 20
3.2.7轴系布置 21
3.3轴系装配 21
第四章 轴系性能分析 22
4.1轴系校中内容 22
4.2轴系校中的方式 22
4.3轴系的模型简化 23
4.4软件操作 24
4.5轴系校中结果和分析 26
4.5.1轴系校中 26
4.5.2结果分析 29
4.6回旋振动的实质和危害 29
4.7回旋振动计算和分析 30
4.7.1回旋振动的计算 30
4.7.2回旋振动的结果分析 30
总结 32
致谢 33
参考文献 34
附件 35
附件一轴系布置图 35
附件二中间轴图 36
附件三艉轴图 37
第一章绪论
1.1国内外概况和现状分析
1.1.1国内外现状和综述
船舶制造业是人类社会进入近代工业时代的标志性产业之一。在世界经济的全球化日趋加剧的当今时代，船舶制造业发挥了至关重要的作用。现代船舶动力装置是保证船舶正常营运的主要设备之一，而将动力传递给船体的轴系的性能的好坏直接影响到船舶能否正常航行。
我国经济日趋发达，与世界其他国家的联系也越来越紧密，这需要我们的船舶制造业也随着国家的发展而进步。民用船舶种类变得多种多样，这也提高了我国在世界航运业的地位。总体上看，中国船舶制造业的飞速发展得益于全球制造业的转移和国家政策支持。尽管我国造船能力已居世界前茅，但整体技术水平差、发展层级低的问题较为突出，大部分高技术、高附加值船舶仍就依赖国外设计。船舶贸易主要是通过加工的方式出口，船舶工业主要以赚取加微薄的加工费，抗风险能力较弱。我国专业的船舶设备相对较为落后，专业设备设计、制造能力不足，更多依赖从外国进口，导致我国船舶制造业发展遇到了瓶颈。优秀的海运运输需要优越的船舶来维持。
在船舶设计过程中，动力装置的选型是一个重要的组成部分，在方案设计阶段占有特别重要的位置。轴系结构简单，主要由中间轴和尾轴组成，重量大、尺寸大，一般轴长与轴径之比超过十，所以是扰性轴，极易发生产生变形。轴系受力复杂，不仅要受到来自主机的扭矩作用和轴系自身重量产生的变形，还要收到来自螺旋桨的阻力[1]。船舶轴系工作环境比较恶劣，轴系进行快速和周期性的圆周运动。运转过程中会产生振动异常、声音异常、轴承处温度会异常升高，所有的这些都有可能导致船舶传动轴系的磨损加剧、密封装置的泄露损坏，严重的情况下会导致传动轴的断裂，对船舶的安全航行起到严重威胁。
船舶动力装置设计是一个复杂的系统,包含了数量众多的机械和系统，这些系统之间有着密切的联系和相互影响。轴系设计中除了进行相关尺寸的计算，还要进行轴系的强度校核。其中最重要的是轴系校中设计，轴系校中设计就是确定各中间轴承和尾轴管轴承的间距与垂直高度位置，以保证各轴承负荷在允许范围内并尽可能均匀分布。轴系校中的优劣直接影响到动力装置的可靠性。随着船舶向大型化和高功率化的方向发展。螺旋桨重量和轴系刚度的增加，船体结构更容易遭到破坏，校中不良可能导致尾轴承磨损加剧，甚至烧损，减速齿轮箱啮合不良、轴系振动情况恶化等事故不断出现，因此越来越引起人们对轴系校中的重视。与轴系校中有关和轴系应力包括：由轴承自重及螺旋桨、齿轮、联轴节、等的重量在轴承上产生的负荷和轴上产生的弯曲应力，以及由于安装误差而引起的附加负荷和附加弯曲应力，这些力被称为静态负荷和应力[2]。
船舶推进轴系的振动有扭振振动、纵向振动、回旋振动。其中纵向振动仅在涡轮机船推进系统中考虑。因为涡轮机座高，扰性大，易发生有害的纵向振动。回旋振动是指轴在旋转过程中一方面轴以自生集合中心线旋转，另一方面轴的几何中心线以另一转速绕支撑中心线自转。回旋振动的危害：会造成船体尾部的局部振动、支撑轴承振动、以及基座松动。
低速柴油机一般采用大型直接传动推进装置。这种推进装置结构简单、推进效率高，但质量大尺寸大，经济性差。而中高速柴油机因为机桨转速不匹配，必须配置齿轮减速机组（包括减速齿轮箱、弹性联轴器和离合器），将传动轴的转速降低到螺旋桨的最佳转速，以提高推进效率。一般轴系、主机和螺旋桨都布置在一条直线上，但某些小型的船舶如快艇、小型高速艇因为机舱短小，轴系布置空间小，把轴线分成两段，中间以V型齿轮箱连接。除V型传动外还有Z型传动，Z型传动的主机和螺旋桨不在一条直线上，轴系形成Z型布置。齿轮传动推进装置与直接传动装置相比，装置结构更加复杂、初期投资大、成本高、转速效率相对较低。但齿轮传动推进装置也有它自己的优点，齿轮传动推进装置可以满足不同工况下的功率及轴扭矩要求。
目录
第一章 绪论 1
1.1国内外概况和现状分析 1
1.1.1国内外现状和综述 1
1.1.2国内外现状分析 4
1.2全文小结 5
第二章 船舶轴系设计 6
2.1船舶动力装置的设计 6
2.1.1船舶动力装置的设计理念 6
2.1.2 船舶动力装置的设计步骤 6
2.2轴系的传动形式 7
2.3船舶轴系的组成 8
2.3.1船舶轴系的主要部件 8
2.3.2中间轴和中间轴承 9
2.3.3螺旋桨轴 10
2.3.4艉轴管装置和艉轴管密封装置 10
2.4轴系设计要求 11
2.5轴系布置的注意事项 12
第三章 轴系设计计算 13
3.1轴系设计规划 13
3.2轴系设计计算 16
3.2.1已知条件 16
3.2.2轴径的计算 16
3.2.3尾轴的计算 17
3.2.4中间轴承 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.2.5法兰螺栓计算 20
3.2.7轴系布置 21
3.3轴系装配 21
第四章 轴系性能分析 22
4.1轴系校中内容 22
4.2轴系校中的方式 22
4.3轴系的模型简化 23
4.4软件操作 24
4.5轴系校中结果和分析 26
4.5.1轴系校中 26
4.5.2结果分析 29
4.6回旋振动的实质和危害 29
4.7回旋振动计算和分析 30
4.7.1回旋振动的计算 30
4.7.2回旋振动的结果分析 30
总结 32
致谢 33
参考文献 34
附件 35
附件一轴系布置图 35
附件二中间轴图 36
附件三艉轴图 37
第一章绪论
1.1国内外概况和现状分析
1.1.1国内外现状和综述
船舶制造业是人类社会进入近代工业时代的标志性产业之一。在世界经济的全球化日趋加剧的当今时代，船舶制造业发挥了至关重要的作用。现代船舶动力装置是保证船舶正常营运的主要设备之一，而将动力传递给船体的轴系的性能的好坏直接影响到船舶能否正常航行。
我国经济日趋发达，与世界其他国家的联系也越来越紧密，这需要我们的船舶制造业也随着国家的发展而进步。民用船舶种类变得多种多样，这也提高了我国在世界航运业的地位。总体上看，中国船舶制造业的飞速发展得益于全球制造业的转移和国家政策支持。尽管我国造船能力已居世界前茅，但整体技术水平差、发展层级低的问题较为突出，大部分高技术、高附加值船舶仍就依赖国外设计。船舶贸易主要是通过加工的方式出口，船舶工业主要以赚取加微薄的加工费，抗风险能力较弱。我国专业的船舶设备相对较为落后，专业设备设计、制造能力不足，更多依赖从外国进口，导致我国船舶制造业发展遇到了瓶颈。优秀的海运运输需要优越的船舶来维持。
在船舶设计过程中，动力装置的选型是一个重要的组成部分，在方案设计阶段占有特别重要的位置。轴系结构简单，主要由中间轴和尾轴组成，重量大、尺寸大，一般轴长与轴径之比超过十，所以是扰性轴，极易发生产生变形。轴系受力复杂，不仅要受到来自主机的扭矩作用和轴系自身重量产生的变形，还要收到来自螺旋桨的阻力[1]。船舶轴系工作环境比较恶劣，轴系进行快速和周期性的圆周运动。运转过程中会产生振动异常、声音异常、轴承处温度会异常升高，所有的这些都有可能导致船舶传动轴系的磨损加剧、密封装置的泄露损坏，严重的情况下会导致传动轴的断裂，对船舶的安全航行起到严重威胁。
船舶动力装置设计是一个复杂的系统,包含了数量众多的机械和系统，这些系统之间有着密切的联系和相互影响。轴系设计中除了进行相关尺寸的计算，还要进行轴系的强度校核。其中最重要的是轴系校中设计，轴系校中设计就是确定各中间轴承和尾轴管轴承的间距与垂直高度位置，以保证各轴承负荷在允许范围内并尽可能均匀分布。轴系校中的优劣直接影响到动力装置的可靠性。随着船舶向大型化和高功率化的方向发展。螺旋桨重量和轴系刚度的增加，船体结构更容易遭到破坏，校中不良可能导致尾轴承磨损加剧，甚至烧损，减速齿轮箱啮合不良、轴系振动情况恶化等事故不断出现，因此越来越引起人们对轴系校中的重视。与轴系校中有关和轴系应力包括：由轴承自重及螺旋桨、齿轮、联轴节、等的重量在轴承上产生的负荷和轴上产生的弯曲应力，以及由于安装误差而引起的附加负荷和附加弯曲应力，这些力被称为静态负荷和应力[2]。
船舶推进轴系的振动有扭振振动、纵向振动、回旋振动。其中纵向振动仅在涡轮机船推进系统中考虑。因为涡轮机座高，扰性大，易发生有害的纵向振动。回旋振动是指轴在旋转过程中一方面轴以自生集合中心线旋转，另一方面轴的几何中心线以另一转速绕支撑中心线自转。回旋振动的危害：会造成船体尾部的局部振动、支撑轴承振动、以及基座松动。
低速柴油机一般采用大型直接传动推进装置。这种推进装置结构简单、推进效率高，但质量大尺寸大，经济性差。而中高速柴油机因为机桨转速不匹配，必须配置齿轮减速机组（包括减速齿轮箱、弹性联轴器和离合器），将传动轴的转速降低到螺旋桨的最佳转速，以提高推进效率。一般轴系、主机和螺旋桨都布置在一条直线上，但某些小型的船舶如快艇、小型高速艇因为机舱短小，轴系布置空间小，把轴线分成两段，中间以V型齿轮箱连接。除V型传动外还有Z型传动，Z型传动的主机和螺旋桨不在一条直线上，轴系形成Z型布置。齿轮传动推进装置与直接传动装置相比，装置结构更加复杂、初期投资大、成本高、转速效率相对较低。但齿轮传动推进装置也有它自己的优点，齿轮传动推进装置可以满足不同工况下的功率及轴扭矩要求。
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