1、船舶动力装置原理与设计专题讲座船舶动力装置原理与设计专题讲座船舶动力装置原理与设计专题讲座船舶推进轴系校中船舶推进轴系校中2007年 05月主讲：周瑞平 胡 义2007年 5月 16日星期三2能动热能工程系轴系校中的含义 轴系校中就是按校中计算的要求和方法将轴系安装成某种状态（直线或曲线），使各轴段内的应力和各轴承上的负荷均处在允许范围之内，或具有最佳的数值，以保证轴系及与之相连接的机械（如主机曲轴、齿轮箱等）能持续正常地运转。2007年 5月 16日星期三3能动热能工程系轴系的安装2007年 5月 16日星期三4能动热能工程系校中安装方法2007年 5月 16日星期三5能动热能工程系轴系校中
2、质量对轴系及船舶运转的影响对轴系各轴承上实际负荷的影响2007年 5月 16日星期三6能动热能工程系轴系校中质量对轴系及船舶运转的影响 轴系末端的螺旋桨使尾轴在尾管轴承中成弯曲状态，轴径与轴承衬沿轴线不均匀地接触，即在尾管后轴承后边缘附近成局部接触，形成“ 边缘负荷 ” ，造成该轴承局部迅速磨损。同时使尾管尾部密封迅速磨损，导致漏油。 对尾轴管后轴承磨损的影响2007年 5月 16日星期三7能动热能工程系轴系校中质量对轴系及船舶运转的影响对减速齿轮箱齿轮正常啮合的影响 造成大齿轮前、后两轴承上的负荷不相等，即 GA GB；当大小齿轮啮合运动时，此负荷差则造成大齿轮轴轴心线偏斜，致使大小齿轮啮合
3、不良，出现噪声、齿面不均匀磨损、甚至产生齿击，而影响齿轮箱的正常工作。2007年 5月 16日星期三8能动热能工程系轴系校中质量对轴系及船舶运转的影响 螺旋桨激励是船体振动的主要激励源。 这种激励常分为通过水的传递作用在船体表面上的激励和通过轴系振动传递到船体的激励。后者系指由于轴系振动引起的船体振动。 由实船测试证明，当轴系合理校中时，螺旋桨轴振动的振幅则显著减小，船体振动的振幅和振动频率也随之降低， a)轴系合理校中前船体振动振幅和频率 b)轴系合理校中前船体振动振幅和频率对螺旋桨及船体振动的影响2007年 5月 16日星期三9能动热能工程系基本概念 直线校中 合理校中静态校中：仅计入轴系
4、的自重、轴系上的静载荷以及主机或齿轮箱工作时轴心线的热膨胀量等静态因素，并将轴承作为刚性铰支座，轴系视为放置在多个钢铰支上的连续梁。热态冷态 安装状态动态校中：除计入上述静态因素外，还要计入螺旋桨水动力、齿轮箱齿轮啮合力、轴承油膜弹性及其支座的结构刚度、船体变形、振动等动态因素，并将轴承作为弹性支承对待。动态校中计算更符合轴系实际运转状况。运转状态校中 轴承变位2007年 5月 16日星期三10能动热能工程系合理校中的主要特点 是使热态参数满足衡准并求得各轴承相应变位值，从而确定冷态、安装状态各轴承的变位值，最终完成轴系的校中； 是热态设计计算、与热态设计计算相适应的安装工艺参数计算以及进行校
5、中安装的总称。 合理校中的法兰开口与偏移2007年 5月 16日星期三11能动热能工程系Sag and Gap2007年 5月 16日星期三12能动热能工程系校中计算模型-坐标系建立 取螺旋桨末端为轴系坐标系原点，轴系理论中心线为 X轴，正向指向船艏；YXZ0112 2123b2007年 5月 16日星期三13能动热能工程系实际轴系简化 轴系自重处理校中计算时，将艉轴、中间轴、推力轴和减速齿轮箱大齿轮轴的自重均作为均布载荷处理。对艉轴浸水或浸油中的部分，应考虑水及油浮力的影响；对浸油的轴段，可近似取其在空气中重量的90%，对浸水的轴段可取 87%。锥状轴段，可取其平均直径，按均布载荷计算轴段重
6、量。桨轴螺母轴套均可作为相应轴段的均布载荷计入。2007年 5月 16日星期三14能动热能工程系实际轴系简化 载荷处理 作用在轴系上的载荷，如螺旋桨、连接法兰、推力盘、飞轮、减速齿轮箱大齿轮等，其与相应轴段等轴径部分，按该轴段均布载荷计入，其他部分按集中载荷计算，其作用点为各对法兰的连接面或飞轮推力环齿轮中横剖面与轴线交点。 螺旋桨重量作为集中载荷处理，当螺旋桨浸水时，应考虑浮力的影响。 全浸水 部分浸水 螺旋桨重量的作用点，应取螺旋桨重心向螺旋桨轴线的垂直交点。在未确定螺旋桨重心的情况下，允许取自桨叶中线 0.7R处向轴线的垂交点，或近似取桨毂中点。2007年 5月 16日星期三15能动热能
7、工程系实际轴系简化 柴油机曲轴及往复运动部件处理将柴油机曲轴作为与主轴颈等直径的光轴，按均布载荷处理柴油机各缸的往复及旋转运动部件的重量，包括活塞十字头连杆以及扣除与主轴颈等同部分的曲臂重量后，均作为集中载荷叠加在相应于曲柄销中点的梁跨上。2007年 5月 16日星期三16能动热能工程系实际轴系简化 轴承支点处理校中计算时，考虑螺旋桨悬臂作用，靠近螺旋桨的轴承（轴承长度为 Lb），其支承点位置距该轴承后端面的距离 L为： 白合金轴承： L=(1/7 1/3)Lb mm 铁梨木轴承： L=(1/4 1/3)Lb mm 橡胶轴承： L=(1/3 1/2)Lb mm 复合材料轴承支承点位置，油润滑时
8、参考白合金轴承；水润滑时参考铁梨木轴承通常情况下，靠近螺旋桨的轴承支承点位置距该轴承后端面的距离，冷态计算较热态计算取值小；对白合金轴承，当比值为 2.5时可取 1/5。其他轴承支承点位置，均取轴承长度的中点。2007年 5月 16日星期三17能动热能工程系实际轴系简化 计算截面的划分均布载荷集中载荷第i截面左面半径 右面半径至主机外加力偶轴承支反力(左截面)右截面外加力偶均布载荷集中载荷截面序号2007年 5月 16日星期三18能动热能工程系实际轴系简化 热态轴承变位值校中计算应考虑轴系运转后轴承受热膨胀的升高量。一般只考虑柴油机轴承和齿轮箱轴承的升高量支承刚度Ht h =2007年 5月
9、16日星期三19能动热能工程系实际轴系简化-柴油机曲轴模型2007年 5月 16日星期三20能动热能工程系校中计算 船级社要求： 12.5.1.2 下列主推进轴系的轴系校中计算书连同其安装工艺应提交批准：（ 1） 规范要求的螺旋桨轴直径大于 300mm 的推进轴系；（ 2） 大齿轮由 2 个或 2 个以上小齿轮传动的，具有减速齿轮的推进轴系。 12.5.1.3 对于 12.5.1.2 以外的主推进轴系，如船厂自愿采用合理校中的方法进行校中，则轴系校中计算书连同其安装工艺应提交批准。2007年 5月 16日星期三21能动热能工程系校中计算方法 力矩分配计算法 三弯矩方程法 传递矩阵法有限元法轴系
10、合理校中计算轴系合理校中计算轴系合理校中计算-力矩分配法力矩分配法2007年 5月 16日星期三23能动热能工程系力矩分配法- 1 基本概念 在力矩分配法中首先将连续梁中每 跨距都作为固定梁来看待，然后根据节点情况，加以平衡分配。2007年 5月 16日星期三24能动热能工程系力矩分配法- 2建立计算模型 轴承支点 螺旋桨的重量 轴重量与截面的处理 负荷的限制条件 固端弯矩的计算公式 传递系数 单位刚度和分配系数 力矩正负方向的规定2007年 5月 16日星期三25能动热能工程系力矩分配法- -3计算的步骤 求分配系数 求固定弯矩 将各结点的不平衡力矩变号，求得平衡所需的外力矩 把各点的外力矩
11、按分配系数进行分配力矩传递 结果的整理2007年 5月 16日星期三26能动热能工程系力矩分配法-固端弯矩的计算公式2007年 5月 16日星期三27能动热能工程系力矩分配法-传递系数 在等截面梁中，这个传递系数总等于0.5。即在固定端梁中，一端的弯矩变化对另一端的影响是0.5(这端固定c0.5)。在变截面梁中不成立。传递系数随远端的结构型式不同而异，如远端饺支c0。 力矩面积法第二定律2007年 5月 16日星期三28能动热能工程系力矩分配法-单位刚度和分配系数 力矩面积法第一定律2007年 5月 16日星期三29能动热能工程系力矩分配法-力矩正负方向的规定 对结点或支座而言，顺时针方向为正；对杆端而言，逆时针方向为正。2007年 5月 16日星期三30能动热能工程系力矩分配法-计算实例
