摘 要：船舶軸系將主機(jī)功率傳遞到螺旋槳的同時(shí)也將螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力傳給船體，這樣便能推動(dòng)船舶航行。所以，只有船舶軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)才能保證螺旋槳的正常運(yùn)行。也就是說，要盡量避免船舶軸系的工作故障，這就要求在設(shè)計(jì)過程中對于多方面的問題多加注意。本文將對船舶軸系設(shè)計(jì)的若干問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：船舶軸系；設(shè)計(jì)；問題

船舶軸系能否安全可靠的工作關(guān)系著螺旋槳乃至整個(gè)船體的正常工作，所以在設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)加注意，要盡量避免其由于內(nèi)外因素的作用而發(fā)生故障。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，船舶軸系可能發(fā)生的故障主要分為以下兩類：軸的某一部分發(fā)生斷裂或者軸承過熱而被燒壞。要想避免軸承發(fā)生故障，就要在設(shè)計(jì)過程中注意多方面的問題，比如：軸承間距、傳動(dòng)基本軸徑、強(qiáng)度校核計(jì)算、振動(dòng)計(jì)算及測試以及軸系合理校中計(jì)算。下面進(jìn)行具體的論述。

一、軸承間距

（一）中間軸承的位置和間距。對于中間軸承來說，最合理的位置應(yīng)該是船體結(jié)構(gòu)具有較好的剛性也就是變形較小比如隔艙壁附近或者設(shè)有反面加強(qiáng)肋板的地方。如果船舶體型較小，那么就可以將軸承直接設(shè)置在隔艙壁上。通常情況下中間軸上只設(shè)置一道中間軸承。當(dāng)滿足下列兩種情況中的一種時(shí)可以設(shè)置兩道中間軸承：中間軸軸徑大于350mm且中間軸長度與中間軸軸徑的比值大于22時(shí)或者中間軸軸徑小于100mm且中間軸長度與中間軸軸徑的比值大于40時(shí)。當(dāng)設(shè)置兩道中間軸承時(shí)，中間軸承間距一般按照下列式子進(jìn)行估算：395.34* <=l<=632.44* （其中d表示中間軸軸徑）。但是，中間軸承實(shí)際布置間距應(yīng)該由軸系校中計(jì)算來最終確定下來。

（二）尾軸承的位置和間距。如果船舶是單軸系的，那么螺旋槳軸通常情況下采用兩道尾軸承支承。當(dāng)船舶體型較大而且尾管較短的時(shí)候可以只在尾管中設(shè)置一道后尾軸承，同時(shí)在尾管前加設(shè)一道中間軸承也就是相當(dāng)于前尾軸承，以此來作為螺旋槳的支承。尾軸承的間距根據(jù)下列式子進(jìn)行估算：當(dāng)螺旋槳軸直徑大于400mm時(shí)，間距大于等于12倍的螺旋槳直徑；當(dāng)螺旋槳軸直徑在300mm—400mm之間時(shí)，間距取14—25 倍的螺旋槳直徑；當(dāng)螺旋槳軸直徑小于等于300mm時(shí)，間距取16—40倍的螺旋槳直徑。但是，尾軸承實(shí)際設(shè)置間距應(yīng)該根據(jù)軸系回旋震動(dòng)計(jì)算校核最終確定。

二、傳動(dòng)軸基本軸徑

必須嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)規(guī)范來確定傳動(dòng)軸的基本軸徑，只有這樣才能避免因強(qiáng)度問題導(dǎo)致的斷軸事故。這是由于規(guī)范規(guī)定的計(jì)算公式不僅考慮了軸的正常負(fù)荷還考慮了各種可能遇到的外來因素并且根據(jù)實(shí)際事例考慮了安全系數(shù)，所以由規(guī)范規(guī)定的計(jì)算方法計(jì)算的傳動(dòng)軸基本軸徑較安全。根據(jù)規(guī)范計(jì)算的處于不同受力狀態(tài)的螺旋槳軸、推力軸以及中間軸的軸徑是有差異的。鋼質(zhì)內(nèi)河船舶，按下式計(jì)算：d = 98K{（Ne/ne） [570/ （σb + 157）]}^（1/3）mm，其中K 表示不同軸的設(shè)置特性系數(shù)、Ne表示軸傳遞的額定功率，單位為kW、ne表示軸的額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min、σb表示軸材料的抗拉強(qiáng)度。對于中間軸，如果σb大于800MPa，取800MPa，對于螺旋槳軸和尾管軸，如果σb大于600MPa，取600MPa。

三、強(qiáng)度校核計(jì)算

雖然軸徑是根據(jù)規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式來確定的，但是船舶軸系受力十分復(fù)雜，所以對于計(jì)算得到的軸徑仍需要進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算?？偟膩碚f，根據(jù)進(jìn)行校核的時(shí)間階段強(qiáng)度校核的方法主要有以下兩種：一種是在初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的初步校核；另一種則是詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行的校中計(jì)算，也就是確定軸系各截面的內(nèi)力（包括扭轉(zhuǎn)應(yīng)力），之后將內(nèi)力根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算理論進(jìn)行合成，然后根據(jù)安全系數(shù)來判斷是否滿足要求。當(dāng)選用第二種方法的時(shí)候，要注意安全系數(shù)的選用和軸的負(fù)荷情況以及軸材料的性質(zhì)、加工、裝配質(zhì)量相關(guān)，要選取合適的安全系數(shù)才能保證可靠性。軸系在承受壓力的時(shí)候有喪失穩(wěn)定性而產(chǎn)生彎曲破壞的情況，尤其是對于柔性軸，所以有些情況需要對軸進(jìn)行壓桿穩(wěn)定校核。

四、振動(dòng)計(jì)算和測試

在進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算的時(shí)候，可以將軸系看作多個(gè)質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的彈性系統(tǒng)。柴油機(jī)輸出的波動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)對軸系造成擾動(dòng)從而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。由于共振效應(yīng)會(huì)使得軸承在某個(gè)特定的轉(zhuǎn)速下振幅大大增大，進(jìn)而產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)附加應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)附加應(yīng)力必須處于一個(gè)范圍之內(nèi)才能保證安全，當(dāng)超出允許的范圍時(shí)必須采取一定的減振措施。另外，船舶軸系還可以看作連續(xù)梁，會(huì)產(chǎn)生一定的撓度。由于多方面的原因會(huì)造成螺旋槳的中心與回轉(zhuǎn)中心線不重合從而在回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力。再者，螺旋槳的懸臂作用會(huì)使得其產(chǎn)生陀螺效應(yīng)。因此，對于對回旋振動(dòng)的固有頻率進(jìn)行校核，以保證其與運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍相差較大，如果不滿足的話，載軸系設(shè)計(jì)過程中就要采取一定的措施進(jìn)行改進(jìn)。對于高速傳動(dòng)的軸系要尤其要注意。

五、軸系合理校中計(jì)算

在軸系設(shè)計(jì)計(jì)算過程中合理確定各中間軸承和尾管軸承的間距以及垂直高度來達(dá)到使得各軸承的負(fù)荷在允許的范圍之內(nèi)從而使荷載均勻分布就是所謂的軸系合理校中計(jì)算。軸系校中質(zhì)量高才能為動(dòng)力裝置進(jìn)行安全可靠的工作提供保障。軸系校中計(jì)算時(shí)應(yīng)該注意以下幾方面的內(nèi)容。

（一）軸承支點(diǎn)的位置。只有確定軸承支點(diǎn)的位置才能計(jì)算軸承負(fù)荷。不同位置的軸承支點(diǎn)的位置也不同，對于中間軸承一般認(rèn)為支點(diǎn)與中點(diǎn)重合；對于后尾軸承就比較復(fù)雜，因?yàn)楹笪草S承受到螺旋槳的懸臂力矩，受力不均勻。

（二）螺旋槳的重量。對于組合式和整體式的螺旋槳的重量計(jì)算處理方式不同，兩種方式的結(jié)果相差了20%。在基本設(shè)計(jì)階段不僅要根據(jù)具體的情況來計(jì)算螺旋槳的重量還要考慮螺旋槳的附水質(zhì)量。附水質(zhì)量并不是一個(gè)定值，這是由于船的航速和吃水深度不同造成的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，附水質(zhì)量大約是螺旋槳質(zhì)量的10%—30%。

（三）軸系校中的方法。按直線、軸承上允許負(fù)荷、軸承上合理負(fù)荷校中是軸系校中的三種主要方法。對于計(jì)算狀態(tài)來說主要分為熱態(tài)、冷態(tài)以及安裝狀態(tài)三種。對于軸系校中的評定要做到全面，對于熱態(tài)和冷態(tài)都要進(jìn)行。

六、結(jié)語

要想使得船舶能夠正常運(yùn)行，就要保證軸系不發(fā)生故障，這就要求在充分分析實(shí)例找到發(fā)生故障的主要原因的基礎(chǔ)上在船舶軸系設(shè)計(jì)中能夠全面注意到上述各項(xiàng)問題，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，最大限度的使得設(shè)計(jì)科學(xué)合理，從而使得船舶軸系具有高度的可靠性，進(jìn)而保證整個(gè)船舶航行過程中不出現(xiàn)安全問題，避免不必要的損失。

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