发布时间 : 星期一 文章船舶轴系强度计算更新完毕开始阅读
3.3 传动轴的设计：
3.3.1 传动轴的组成：
传动轴主要由螺旋桨轴、艉轴、推力轴和中间轴四部分组成。这些轴段的数目和配置主要决定于船型和动力装置类型。 3.3.2 传动轴的结构： 1．螺旋桨与艉轴：
一般船舶的艉轴即指螺旋桨轴，只有当艉轴伸出船体过长并由两段组成，则装桨的那段轴称为螺旋桨轴，在它前面的那段通过艉轴管的轴称为艉轴。如下图为螺旋桨轴的几种结构。装有轴套或直接与艉轴承接触处称为轴颈，轴颈之间的中间部分称为轴干。螺旋桨轴的尾部制成锥形；供装螺旋桨用；螺旋桨轴的前端有时也制成锥形，供装可拆联轴节用；有时则与法兰制成一体，虽然强度有所提高，但必须由船里向外安装。
图3.3螺旋桨轴的型式 (1).螺旋桨轴的尾部结构：
此处供安装螺旋桨用，并承受以下负荷：其锥形部分用来承载正车推力，尾部固定螺母用来承载倒车推力，主机的扭矩则靠键槽中的键传递给螺旋桨。其结构见螺旋桨轴尾部结构设计部分。 (2).轴干和轴颈的结构：
轴干的长度与与船尾的线形与结构有关，其直径由计算求的，往往取整数值作为轴干的直径。轴颈比轴干约大5～30mm，以便在更换轴套时留有光车裕量，轴颈的长度略长于其轴承的长度。为避免应力集中在轴干和轴颈的连接处采用圆弧过渡。有时为了减轻重量，在保证足够刚度和强度的条件下，也可将艉轴做成中空的。
(3).轴套的结构：
轴套是套在艉轴轴颈上的金属圆筒，主要用来防止轴颈的檫伤和腐蚀。轴套经常制成一个整体，但当轴套过长时，由于加工制造困难可采用分段结构，对其接缝处用电焊填充，焊条的材料应与轴套的材料基本相同，完成焊接后应做油压试验。为防止腐蚀，轴颈、轴套的两端应有良好的水密性。上图为轴套与玻璃钢包覆层的连接情况，此处将轴套外圆面车成倒向锯齿形，使得二者黏结更加紧密。轴套一般采用热套法装配于轴上，并且轴套和轴颈之间留有适当的过盈量。由于轴套装配于轴上后其应力的分布是不均匀的，如上图在其两端的应力会急剧的增大，这样会严重影响轴的强度。因此一般在轴套两端部开有减压槽，以降低该处的应力集中现象。
(4).轴的防腐和防机械损伤：
螺旋桨和轴套一般都是用青铜材料制成，而艉轴材料一般由碳钢制成，这两者在海水中就形成一对电极，存在一定的电位差，这会使艉轴遭到强烈的电化学腐蚀。另外，海水对轴也会发生直接的腐蚀作用，导致轴的疲劳破坏。为防止艉轴遭到这种破坏，必须采取可靠的防腐和防机械损坏的措施。轴的防腐措施，一般采用“阴极保护法”和与海水隔离的措施。前者是把锌快焊到被腐蚀的构件上或用螺栓紧固，后者是在轴上包上一层玻璃钢或者环氧树脂，以达到隔离海水的目的。
2．推力轴和中间轴： (1).推力轴：
一般推力轴上均设有整体式法兰，中间还有一个大的推力环，借其两侧的的端面，把螺旋桨传来的推力传送到推力轴承的垫块上去，再由推力轴承传递给船体，推动船舶的运动。推力轴的长度一般比中间轴短，推力环一般布置在推力轴的中部，这是为了安装时便于测量推力轴承两侧的间隙和易于安装的缘故。由于推力轴要承受较大的推力，因此推力轴的直径一般比中间轴要大。 (2).中间轴：
中间轴一般布置在推力在推力轴与艉轴之间，在传动轴中起着连接各主要轴段的桥梁作用。中间轴有如下三种形式：
a.图1轴的两端为整锻法兰式，且轴为中空结构，这种结构具有重量轻、安装方便的优点，但是加工复杂；
b.图2轴的两端为锥形体，在其上面设有键槽，两侧还设有螺纹，用以安装可拆
联轴节，从而与其它轴相连接；
c.图3轴的两端部经过精加工供采用可拆的液压连接法兰之用。
中间轴上有时还可安装其它设备，如轴带发电机、转速器、刹车离合器等。 3.3.3 传动轴的材料：
船舶轴系中的传动轴(包括中间轴、推力轴、艉轴)的材料均采用锻钢件。民用船舶的轴系一般采用30、35、40、45几种钢号锻制，其中比较普遍的是选用35号钢；对于军用船舶来说，对轴系的要求更高，所以也可采用合金钢。但是合金钢的价格昂贵，而且对各种形式的凹槽、表面伤痕、轴径的突变比较敏感，应力系数高，要求精密加工，所以一般不采用。本船轴系选用优质35号锻钢。
3.4 传动轴的基本轴径计算：
3.4.1 设计计算依据： 主机型号：TBD234V8 持续功率：296 kw 额定转速：1800r/min 齿轮箱型号：HC300 减速比：2.23：1 轴材料：优质35号锻钢 轴材料的抗拉强度：550 N/mm2 3.4.2 轴径的计算：
1. 根据《内河钢船建造规范》的要求，中间轴、推力轴、螺旋桨轴的直径d应不小于按下式计算的值： d=98K3Ne?570??? mm ??ne??b?157?式中：Ne—轴传递的额定功率，kw；
1800 ne—轴传递Ne时的转速，ne==808 r/min；
2.23 K—系数，根据规范选取； ?b—轴材料的抗拉强度。
对于开有键槽的螺旋桨轴，K取1.26，代入数据得：
d=98?1.26?3296570=82.3 mm ?808550?157实际取螺旋桨轴的直径为90mm； 螺旋桨轴前轴承处轴颈的直径为95mm； 螺旋桨轴后轴承处轴颈的直径为100mm。 2. 轴干与轴颈的过渡：
为避免应力集中，螺旋桨轴在从轴颈到轴干处应以锥度或大圆角过渡。螺旋桨轴的锥体部分与圆拄部分的相连处不应有凸尖或圆角。根据规范的要求，螺旋桨轴尾部锥体部分的锥度在1：10到1：15的范围内，本船螺旋桨轴尾部的锥度选择1：15。
3. 螺旋桨的轴套厚度：
螺旋桨轴的轴套由青铜材料制成，主要防止轴颈的擦伤和腐蚀。根据《内河钢船建造规范》的要求，轴套的厚度?应不小于按下式计算所得之值：
d?6 mm ??32式中： d—螺旋桨轴的直径，mm；
对于非轴承档处的的轴套厚度可适当减少，但不小于0.75?。
90?6?8.82 mm 因此 ??32实际取螺旋桨轴的轴套厚度为9 mm。
3.5 螺旋桨轴可拆联轴节的设计与计算：
3.5.1 可拆联轴节的材料：
根据规范的要求，可拆联轴节的材料的抗拉强度不应小于轴材料，而且可拆联轴节法兰的厚度应不小于轴径的20％，所以此处选用45号优质碳素钢作为联轴节的材料，其具体性能参数为： 许用剪应力：[?]=60 MPa 许用挤压应力：[?jy]=100 MPa 抗拉强度：[?b]=570 MPa 屈服强度：[?s]=285 MPa 3.5.2 设计基准：
设计可拆联轴节时以齿轮箱输出端法兰的尺寸为基准，并参照《机械零件设计手